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石墨烯纳米带2D共价有机框架的网状生长
发布时间:2020-08-27     作者:HAPPY   分享到:

研究背景

共价有机骨架(COF)是可用于从分子筛到有机电子产品的各种应用,是一类有前途的二维材料。**,这些材料的形成仅限于用于网状2D或3D网络的离散小分子前体。现在,COF前体的化学库已扩展到包括大分子,甚至包括碳纳米材料,为探索由聚合物网状结构产生的有趣材料特性提供了机会。传统COF生长策略严重依赖可逆的缩合反应,该反应可将网状结构引导至所需的热力学。然而,对动态误差校正的要求限制了构件的选择,因此限制了COF周期性晶格内的相关机械和电子性能。此外,在二维COF的合成中最常使用的亚胺和硼酸酯连接基之间不良的电子通讯会导致半导体材料具有较大的带隙,这对于**的电子应用是不可取的。这些材料中的载流子传输占主导地位,通过层间跳跃机制而不是通过接头与2D薄片中的组成分子构件之间的化学键来实现。在单层COF薄片中引入共轭聚合物作为1D传导路径可以解决这一缺点,但将大分子并入建筑单元中没有证明COF。自下而上合成石墨烯纳米带(GNR原子上薄的准1D条带)的**进展激发了独特类别的COF构建基块的开发。对GNR中的关键结构参数,宽度,边缘对称性,掺杂原子密度,和掺杂位置的控制产生了高度可调谐的能带结构,并且出现了奇特的物理现象对称地保护拓扑状态。在这里,我们证明了自底向上合成的GNRs所固有的精巧的结构控制可以引入沿带状边缘原子**的官能团间隔,从而为二维COFs的网状合成提供了一个具有持久形状的准一维大分子结构块。



成果简介


瑞典加州大学生的伯克利分校的Felix R. Fischer教导演示了自下而上合成准一维石墨烯纳米带衍生出的多分散大分子构件中生长晶态多孔二维COF的生长,重点介绍了从石墨烯纳米带(GNR)衍生的晶态COF以及通过液相剥离获得双层和三层GNR-COF膜。相关成果以“Reticular Growth of Graphene Nanoribbon 2D Covalent OrganicFrameworks”为题发表在国际**期刊Chem上。
图文导读

醛官能化的cGNR和联苯胺热塑剂安装亚胺接触到GNR-COF膜。液-液接口缩聚可聚合大占地,薄厚可变性的不光滑复合膜。实现自动调节化学反应混后物中GNR的溶度,就能够将膜薄厚调节在2-22 nm的比率内。傅立叶切换红外(FT-IR)光谱分析以其食用未官能化cGNR的比较科学实验声明,GNR-COF膜实现亚胺键共价接触。实现食用广角Xx射线散射(WAXS)和微微电子散射微微电子体视显微镜(TEM)检测了GNR-COF的尖晶石成分,蕴含了线状共价自安装技术装备互访密集区排布的GNR水平阵列的不小竞争力。凝结cGNR-COF的色谱仪脱层使用于于立式堆叠的几层cGNR-COF薄片,以使用于基本功能产品和**微微电子装备。

图(A)CHO-cGNR镶嵌的举手图。 图(B)5的曲线缔合物(紫色)和环状低聚物(颜色)的SEC迹线。图(C)粗品4(褐色的)和5(紫色)的MALDI质谱图,出现了被所有缔合物多个单元测试的产品质量分别的分子式结构亚铁铁离子皇室族氏(*相比较应的于因乙缩醛保护英文基团的剥夺而诱发的分子式结构亚铁铁离子亚皇室族氏)。图(D)CHO-cGNR的拉曼光谱图图分析(IE = 532 nm)。图文并茂出现了cGNR的的表现形式RLBM。另请参阅图S3。图(E)FT-IR光谱图图分析为5(灰白色),CHO-cGNR(褐色的)和cGNR-COF(紫色),出现的表现形式醛C = O(1-1 = 1,699 cm-1)和芬香族C = C( 5和CHO-cGNR中的l-1 = 1,602cm-1)弯曲经营玩法。cGNR-COF的红外光谱图图分析出现醛C = O(l= 1 = 1,702 cm-1)的刚度相比较于C = C经营玩法(l-1= 1,600 cm-1)随数据信号的大幅度降低 相对C = N亚胺弯曲经营玩法(l-1 = 1,657 cm-1)。


图2. cGNR-COFpe膜的人工和研究方法(A)游戏界面聚合反应和勺改变方式的提示图。(B)在Si / SiO 2上改变的cGNR-COF膜的光学仪器光学高倍电子显微镜数字图相。方框相应于记录好拉曼光谱仪分析的地点。另请参阅图S5。(C)在(B)中鼓起出现的以下三个位置环境的拉曼光谱仪分析(IE = 532 nm)。插画出现了本质特征RBLM。另请参阅图S6。   (D)将cGNR-COFpe膜分散型体的复印微电子光学高倍电子显微镜数字图相滴铸到TEM网格上(5 kV提速电流电压)。   (E)HOPG上20 nm cGNR-COF膜的电子层力光学高倍电子显微镜(AFM)。叠折位置环境中的膜板材厚度相应于三层膜的整数倍(40 nm)。


图3. cGNR-COF透气膜的粉未X放射性元素衍射和HR-TEM(A)实验设计和基础理论估算得到的cGNR-COF透气膜产品的样品的WAXS图形。   (B)cGNR-COF的结构类型建模,有点晶胞(黑盒),趋势信息显示与接子中间长度(0.7 nm)相对比较应的晶格正等轴测图(01-1)(壳体),方问表明层间推积物和晶格正等轴测图(001)( 黄色(002)(黑色)和(105)(颜色)相关联于2.5、1.25和0.35 nm(最下面)。   (C)产于HR-TEM检样的cGNR-COF膜的扫视电子技术显微镜观察形象。   (D)cGNR-COF单晶体的HR-TEM形象,表明(01-1)正等轴测图,斑纹相隔0.7 nm(灰黑色箭头),高亮显示表明领域性的傅立叶衍射图(插画图片;基数尺,5 nm-1)。  (E)表明(105)正等轴测图的cGNR-COF微晶的HR-TEM形象,斑纹数字代表膜内的p-p推积物(0.35 nm),高亮显示表明领域性的傅立叶衍射图(插画图片;基数尺,5 nm-1)。


图4. SiO2底材上药剂学裂开的双层线路和三种cGNR-COF薄片  (A)SiO2上高效液质裂开的cGNR-COF的AFM形貌图。   (B)在SiO2上高效液质裂开的cGNR-COF的AFM地形区图。(C)沿(A)中其示线的AFMz层面面部线条。根据HR-TEM和衍射型号(黑灰虚线)确立的均值环境图片和均值稳步层面(自然白色虚线),相使用的于层间p-p累积长距离感(D = 0.35 nm)的行距。另请参考图S11。  (D)沿(B)中其示线的AFM z层面面部线条。均值环境图片和均值稳步层面(自然白色虚线),相使用的于根据HR-TEM确立的层间p-p累积长距离感(D = 0.35 nm)的行距,已经衍射型号(黑灰虚线)。


总结与展望

该运行从自下而上的聚合准一维(1D)石墨烯原料納米带(GNR)并衍生的多不集中大碳原子中原料结束晶2D COF的繁殖,GNR在2D COF膜中运用的正交各向情人晶状体囤积表示了个特点的次数,是可以完成沿晶格的整个四个轴单独的修改自动化机械和电力设备原料的的稳定性来增强学习COF的生物学,工具和光电材料的稳定性。

软件界面nm材料nm带COF的上涨及液质龟裂的方便性为高安全性能智能机器结构互访融洽堆砌的二维水平nm材料nm带二维片材的转型抢占了主干道,并不断探索了各向异性朋友层状2D材料或许定义项目堆叠主产地生的古怪高中物理現象。


译文图片链接://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.01.022


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