Chem. Eur. J. :一种由卟啉单体构建的共价有机框架材料及其碘蒸气吸附能力和碘掺杂提高电导率的研究

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牡丹江师范学院蒋舰课题组报道了一种由卟啉单体构成的共价有机框架材料,该材料具有很高的热稳定性和化学稳定性,并具有较高的碘蒸气吸附能力,材料吸附碘后,其电导率提高了五个数量级以上。



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图1. TF-TA-COF的合成

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图2. TF-TA-COF的碘蒸气吸附图,掺杂碘后的I-V曲线及光电流循环图

共价有机框架材料(Covalent Organic Frameworks, COFs)是一种由C、N、O和B等轻质元素通过共价键作用构筑而成的晶态多孔有机聚合物,由于该材料具有表面积大、结构可调性和稳定性高等优异性能,已经是很多应用领域的新星,尤其在气体吸收和储存领域得到广泛研究。 129I和131I是核废料中的典型放射性同位素,放射性碘在空气中可迅速地传播,造成严重的放射性污染,危害人类健康和生态环境,所以碘蒸气的吸附成为近年来的热门话题,由于COFs的优异性能,近年来在碘吸附的研究中受到越来越多的关注。


导电聚合物因其电学性能、低成本、工艺简单等优点,在光电子学、晶体管等领域得到了广泛的关注。二维COFs的周期结构具有长程有序特点和共轭特征,使COFs成为一种非常有前途的导电聚合物。此外,通过掺杂碘等合适的掺杂剂来形成电荷转移复合物,可以很容易地改善多孔COFs的电学性能。


本文以5、10、15、20-四甲基(4-氨基苯基)卟啉(TAPP)和4,4'-二羟基-3,3',5,5'-四甲醛(TFBD)为原料成功合成了一种新型的共价有机框架(TF-TA-COF),该材料具有较大的比表面积(443 m2g-1),良好化学和热稳定性,对碘蒸气的最大吸附能力为2.74 g g-1。在对碘的吸附过程中,TF-TA-COF和碘客体分子之间即发生了物理吸附又发生了化学吸附,碘分子在微孔框架中被吸收后,亚胺键和富电子卟啉部分对碘都具有较高的亲和力形成物理吸附,而且部分碘与富电子供体之间形成电荷转移相互作用,形成了化学吸附。


电学研究表明,TF-TA-COF本身是绝缘体,其在室温下的电导率为1.0×10-11 S cm-1,但该材料吸附碘后,形成的掺杂聚合物在光照和黑暗环境中电导率分别为1.23×10-5 S cm-1 和8.25×10-6 S cm-1,因此在COFs中引入掺杂剂可以显著提高电导率,碘掺杂使材料的电导率提高了5个数量级以上。掺杂I2的TF-TA-COF在光照射下的光电流明显增强,且开关比的可逆切换在多个循环后不降低,表明TF-TA-COF是一种很有前途的半导体材料。

文信息

A New Porphyrin-based Covalent Organic Framework with High Iodine Capture Capacity and I-doping Enhanced Conductivity

Yan Li, Guoxin Cui, Xue Cai, Guan Yun, Yongzheng Zhao, Li Jiang, Shuxin Cui, Jinghan Zhang, Minghao Liu, Weiqi Zeng, Zhenlu Wang, Jian Jiang


Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202303688



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