刘云圻课题组在二维共价有机框架薄膜材料的大面积制备方面取得重要进展

tianliang

二维共价有机框架(2D COF)材料在催化、分离、传感、储能等领域具有广泛的应用前景，尤其是具有共轭结构的2D COF，载流子可以在其二维分子平面内传输，展现出优异的半导体性质，有望应用于光电器件领域。然而，由于该材料既不溶解，也不熔化，难以通过传统的聚合物加工方法制备高质量薄膜。因此，发展原位合成技术，直接制备高质量的2D COF薄膜，对于COF的基础研究和实际应用具有重要意义。

图 （a）PyTTA-TPA COF的合成示意图； （b）PyTTA-TPA COF薄膜的光学照片； （c） PyTTA-TPA COF薄膜的TEM图； （d）PyTTA-TPA COF薄膜的GIWAXS图； (e) 人工光电突触器件结构示意图； （f）两次连续光刺激下突触器件的∆PSC变化； （g, h）改变频率和脉冲次数，可以诱导器件由STP 向LTP转化；(i) 器件具有图像记忆功能

        在中国科学院和国家自然科学基金委的支持下，化学研究所有机固体院重点实验室刘云圻课题组围绕2D COF材料的可控制备、结构调控和光电性能开展研究，并取得了系列研究进展（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202113067；Nat. Commun. 2022, 13, 1411；Nat. Commun. 2022, 13, 7599；J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 26900）。
        最近，该课题组发展了一种室温制备亚胺连接PyTTA-TPA 2DCOF材料的方法，并在此基础上，利用固-液界面方法，直接在衬底表面上实现了2D COF薄膜的原位生长。该薄膜的厚度可以通过改变有机分子前驱体的浓度和反应时间来调控。由于亲/疏水衬底对前驱体分子表现出不同的吸附行为，控制生长衬底的表面性质，能够实现2D COF薄膜的图案化合成。该方法不需要苛刻的反应条件和特殊的设备，可实现2D COF薄膜的大规模、低成本制备。改变前驱体的种类，也能够制备PyTTA-BPDA, PyTTA-BPyDA, TFP-PDA和TAPB-DHBDA 等2D COF材料，表明该方法具有普适性。当采用PyTTA-TPA COF薄膜作为人工光电突触器件的活性材料时，器件表现出优异的光电性质，成功模拟了短程可塑性( STP )和长程可塑性( LTP )等生物突触功能。该项工作不仅提供了一种低成本、大面积制备2D COF薄膜和图案的方法，还探索了COF薄膜在光电突触器件中的应用潜力，促进了2D COF在多功能光电器件领域中的研究。相关研究工作发表在Angew. Chem. Int. Ed.期刊上（https://doi.org/10.1002/anie.202317876），文章第一作者为博士生洪嘉欣，通讯作者为陈建毅研究员。
      文章来源：化学所
        刘云圻研究员，中国科学院院士，第三世界科学院院士。物理化学家，1949年2月生于江苏省靖江市。 1975年毕业于南京大学化学系，1991年在日本东京工业大学获博士学位。长期从事分子材料与器件的研究。总结发展了高性能分子材料的设计思想和提出了性能调控的新方法。证实了扩展π体系是实现高迁移率的重要途径，合成了具有优异光电性能的新型π共轭分子材料。首次提出了液态铜催化剂生长石墨烯的概念，获得了高质量单晶石墨烯；制备了第一个氮掺杂的石墨烯，实现了对石墨烯电学性能的调控；开拓了在介电层上直接生长石墨烯的新方法。揭示了界面对器件性能的影响规律，开发了新的溶液法加工技术，实现了器件的多功能化。发表SCI论文500余篇(其中130余篇发表在影响因子大于10的期刊上)，他人引用2万余次，h因子大于80，获授权中国发明专利70项，出版专著一部及19章节，在国内外学术会议上做大会/邀请报告100余次。2007，2016年获国家自然科学二等奖各一项，2017年度获北京市自然科学一等奖。2014, 2015和2016年入选汤森路透全球"高被引科学家"目录。现为科技部国家重点基础研究发展计划（973计划）重大科学前沿领域第四届专家咨询组副组长、中国化学会理事、有机固体专业委员会副主任，和担任Scientific Reports, Nanoscale, Flexible Printed Electronics等6种期刊的编委/顾问委员会成员。