北理工王博,、馮霄團(tuán)隊(duì)在有機(jī)多孔骨架領(lǐng)域取得研究新進(jìn)展
發(fā)布日期：2019-02-22 供稿：化學(xué)與化工學(xué)院 馮霄
編輯：秦月 審核：周明宇 閱讀次數(shù)：有機(jī)多孔材料包括共價(jià)有機(jī)骨架材料（COFs）,、共軛微孔聚合物（CMPs）、多孔芳香骨架材料（PAFs）等,，是一類新型的具有高比表面積,、豐富孔內(nèi)環(huán)境的多孔高分子材料。這類材料在氣體吸附與貯存,、催化等領(lǐng)域表現(xiàn)出優(yōu)異的應(yīng)用前景,。王博教授、馮霄特別研究員在這一領(lǐng)域開(kāi)展系列研究,，并于近期取得以下研究成果,。
水污染等環(huán)境問(wèn)題是當(dāng)今社會(huì)面臨的一大挑戰(zhàn)，通過(guò)光催化反應(yīng)對(duì)污染物進(jìn)行高級(jí)氧化降解有望成為一種更加高效,、節(jié)能的污染物處理方法,。王博、馮霄團(tuán)隊(duì)通過(guò)三鍵聚合反應(yīng)構(gòu)筑了系列基于二茂鐵基元的共軛微孔聚合物（Fc-CMPs）用于有毒有害物質(zhì)降解研究,。Fc-CMPs具有較大的孔徑和比表面積,，使得污染物容易進(jìn)入孔道進(jìn)行預(yù)富集并可充分接近易發(fā)生氧化還原反應(yīng)的內(nèi)表面，同時(shí)Fc-CMPs合適的分子軌道能級(jí)使得這類材料可高效產(chǎn)生活性氧物種,。在可見(jiàn)光和模擬太陽(yáng)光下,，F(xiàn)c-CMPs光催化降解亞甲藍(lán)的能力均優(yōu)于二氧化鈦 (P25)，并且能夠?qū)⒒瘜W(xué)戰(zhàn)劑芥子氣模擬物（2-氯乙基乙基硫醚）完全轉(zhuǎn)化為無(wú)毒產(chǎn)物,。該研究工作發(fā)表在德國(guó)應(yīng)用化學(xué)上（ Angew. Chem. Int. Ed. , 2019, DOI: 10.1002/anie.201813598）,，文章第一作者為博士生馬麗，通訊作者為王博和馮霄,。
在前期工作中（ Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56 , 16313,，第一作者為博士生張媛媛，通訊作者為馮霄）,，該團(tuán)隊(duì)曾成功開(kāi)發(fā)出基于環(huán)糊精的三維共價(jià)有機(jī)骨架材料（CD-COFs）,，該系列COFs為首次利用柔性基元構(gòu)筑的具有 rra 拓?fù)鋵W(xué)結(jié)構(gòu)并通過(guò)離子型硼元素連接的三維COFs材料,。其中，CD-COF-LiéLiPF6-EC-DMC的室溫鋰離子電導(dǎo)率可以達(dá)到2.7 mS cm-1,。然而,，其中殘留的微量電解液可能會(huì)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中帶來(lái)一定的安全隱患。為解決這一問(wèn)題,，該團(tuán)隊(duì)將低分子量聚乙二醇（PEG）裝載入COF孔道中加速鋰離子傳導(dǎo),，制備出沒(méi)有溶劑殘留的全固態(tài)電解質(zhì)，并系統(tǒng)性研究了COF骨架電荷對(duì)于鋰離子傳導(dǎo)行為的影響,，實(shí)現(xiàn)大于0.6的鋰離子遷移數(shù)以及120 °C 下1.8 mS cm?1的離子傳導(dǎo)速率,。這一簡(jiǎn)單的通過(guò)擔(dān)載PEG加速離子傳導(dǎo)并提高工作溫度范圍的策略為將多孔材料進(jìn)一步應(yīng)用于全固態(tài)電池領(lǐng)域提供了可能。該研究工作發(fā)表在美國(guó)化學(xué)會(huì)志上,，并被選為封面文章（ J. Am. Chem. Soc. , 2019, 141, 1923）,，文章第一作者為碩士生郭振彬和博士生張媛媛，通訊作者為王博和馮霄,。
有機(jī)多孔材料大多不溶不熔,，為其進(jìn)一步器件化等實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。該團(tuán)隊(duì)在前期大量成膜化研究基礎(chǔ)上,，成功利用液液界面成膜法開(kāi)發(fā)了具有不同長(zhǎng)度烷氧基鏈修飾的系列COF薄膜材料,，并對(duì)其介電常數(shù)等相關(guān)性質(zhì)進(jìn)行了研究。該系列柔性的COF膜具有接近于空氣的介電常數(shù)值（在105 Hz下,， κ = 1.19 ± 0.04）,，可媲美目前已報(bào)道的無(wú)機(jī)多孔材料，并且這類COF薄膜材料表現(xiàn)出較好的機(jī)械性能,、低介電損耗,、高擊穿電壓、低漏電流,、高抗?jié)穸群涂箯澱勰芰?。低介電常?shù)材料被廣泛應(yīng)用于電子電路器件中的絕緣層，用于減少信號(hào)延遲,、串?dāng)_噪聲和能量耗散,。除此之外，高介電常數(shù)材料可以應(yīng)用于場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極和電容器當(dāng)中,，該團(tuán)隊(duì)還利用COF薄膜裝載小分子極性化合物,，可將其介電常數(shù)提升43倍。該研究工作發(fā)表在德國(guó)應(yīng)用化學(xué)上（ Angew. Chem. Int. Ed. , 2018, 57, 16501）,，文章第一作者為博士生邵鵬鵬,、李婕，通訊作者為王博和馮霄,。
上述相關(guān)文章鏈接如下：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201813598,；https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.8b13551； https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201710633,；https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201811250,。
附團(tuán)隊(duì)成員介紹：
王博，特聘教授,，前沿交叉科學(xué)研究院執(zhí)行院長(zhǎng),。國(guó)家杰出青年基金獲得者，科技部中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才,。獲 “中國(guó)化學(xué)會(huì)青年化學(xué)獎(jiǎng)”?，F(xiàn)任國(guó)際IZA學(xué)會(huì)MOF Commission常務(wù)理事，中國(guó)交通部環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展學(xué)會(huì)常務(wù)理事,，中國(guó)化學(xué)快報(bào)和中國(guó)化學(xué)學(xué)報(bào)等雜志編委,。研究方向主要涉及無(wú)機(jī)有機(jī)多孔骨架材料及成膜研究，在大氣治理,、污染物濾除和降解,、儲(chǔ)能等領(lǐng)域開(kāi)展系列研究工作。已在Nature,、Science,、JACS、Angew.等學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表60余篇論文,，SCI他引超過(guò)7000次,。空氣濾膜等技術(shù)已經(jīng)與相關(guān)企業(yè)合作,，實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；慨a(chǎn)與工業(yè)化應(yīng)用。
馮霄,，特別研究員,，化學(xué)與化工學(xué)院。研究方向主要為共價(jià)有機(jī)骨架材料等結(jié)晶多孔材料的構(gòu)效關(guān)系研究,。以第一或通訊作者發(fā)表包括5篇J.Am.Chem.Soc.,、5篇Angew.Chem.Int.Ed.、2篇Adv.Mater.等28篇文章,。全部論文他引3200余次,，H指數(shù)30。研究成果受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的認(rèn)可和關(guān)注,，被國(guó)際專業(yè)期刊多次評(píng)述報(bào)道,。
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