以温和的方式实现共价有机结构的合成并薄膜化

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摘   要：研究小组发现了一种划时代的方法，通过在温和条件下利用局部产生的电解生成酸，同时实现了单体的聚合和所得COF（Covalent Organic Framework：COF，一种多孔材料）薄膜在电极表面上的固定。

关键词：COF、共价有机结构、多孔材料、电解生成酸、薄膜化

日本东京工业大学开发了一种电化学合成共价有机框架（Covalent Organic Framework：COF，一种多孔材料）并将其固定在电极表面的方法。

COF是一种由有机分子组成的单体之间通过共价键形成的二维或三维结晶材料。除了由于由轻元素组成而重量轻之外，其还具有因分子规则排列的多孔结构而产生的大表面积。

特别是由亚胺键组成的COF，由于其单体种类丰富且具有优异的热稳定性和化学稳定性，因此有望应用于气体吸附·分离材料、催化剂和电极材料等。然而，在温和的合成条件下在电极上制备COF薄膜一直很困难，并且无法控制其厚度和形状。

通过在含有电解质和1,2-二苯肼(DPH)的电解液中浸入板状电极，在常温常压条件下施加电位，在电极附近进行DPH的氧化反应。质子随着氧化反应迅速释放，该质子作为电解生成酸而发挥作用。

研究小组发现，当在指示剂的存在下实际产生电解生成酸时，只有电极附近会局部着色，因此可以在时空上控制酸的生成。

接下来，将电极浸入含有作为COF原料的胺单体、醛单体和DPH的电解液中，施加电位后，电解生成酸作为催化剂进行缩合反应，作为单体聚合物的COF薄膜在电极表面沉积。

电解生成酸（EGA）促进胺单体和醛单体的缩合反应，在电极表面形成共价有机框架（COF）薄膜

由于COF薄膜的厚度随着电位扫描的循环次数而增加，因此研究发现，可以通过控制电解生成酸的生成量来控制所获得的COF薄膜的厚度。小角X射线散射测量和氮气吸附测量表明，所得的COF薄膜具有高结晶度和多孔结构。

研究小组还在胺单体和醛单体的不同组合中成功地获得了相应的COF薄膜，还可以合成三维COF材料。因此，该方法是一种划时代的方法，通过在温和条件下利用局部产生的电解生成酸，同时实现了单体的聚合和所得COF薄膜在电极表面上的固定。

本研究中使用的COF是继沸石、介孔二氧化硅和金属有机框架（MOF）之后开发的一种相对较新的多孔材料。研究小组认为，本此研究同时实现了轻量且稳定性优异的COF的合成和薄膜化，将加速应用研究。

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