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    譚必恩、李和國CJPS封面綜述:“共價有機框架光催化劑”
    2020-06-11  來源:高分子科技

      共價有機框架(COFs)材料是一類通過共價鍵連接而成的晶態有機多孔材料,具有比表面積大、化學穩定性好、結構易調控和功能化等特點,在吸附、催化、儲能以及光電材料等領域受到越來越多的關注。特別是一些具有共軛結構的共價有機框架材料展現出優異的可見光吸收能力,寬光吸收范圍、結構易調控、高比表面積、高結晶性等特點使其成為一類新興的有機光催化材料。但是,共價有機框架材料作為光催化劑仍然存在亟需解決的問題,例如:(1)大部分基于可逆共價鍵構筑的共價有機框架材料的水熱穩定性較差,在光催化應用過程中易發生分解;(2)光催化反應機制不明確且載流子的分離、傳輸效率低;(3)使用不可持續的犧牲劑。上述這些問題限制了共價有機框架光催化劑的光催化效率,制約了其實際應用。


      共價三嗪框架是一類節點為三嗪環的共軛聚合物,其中結晶性的共價三嗪框架屬于共價有機框架材料的一類獨特的組成部分。三嗪環的穩定性有效解決了常見共價有機框架材料水熱穩定性較差這一關鍵科學問題。同時三嗪環的吸電子特性賦予了這類材料原生的D-A結構,因此它在包括光、電催化等一系列的研究領域中具有極大的應用潛力。然而,對于這種由非可逆共價鍵形成的框架材料,傳統的合成方法需要在較高的溫度或強酸催化下進行,不可避免的會造成碳化、聚合度低、結晶性差等問題,從而限制了其在光催化領域的應用。


      針對共價三嗪框架材料面臨的這些關鍵科學與技術問題,華中科技大學化學與化工學院譚必恩團隊致力于共價三嗪框架的合成方法學及其光催化應用研究,并取得了一系列的創新研究成果,包括:1)開發了低溫縮聚法合成共價三嗪框架材料的策略,反應能夠在較溫和的條件下進行;2)通過控制成核和生長過程,得到了高結晶性的共價三嗪框架材料;3)發展了D-A結構設計、能帶調控過程、形貌調控等多種策略提高了光生載流子的分離、傳輸效率;這些方法和策略實現了共價三嗪框架材料的可控制備和高的光催化活性。


    圖1 各種COFs光催化劑的合成方法


      基于在該領域多年的研究積淀,華中科技大學化學與化工學院譚必恩教授課題組綜述了近年來共價有機框架材料和共價三嗪框架材料在光催化領域的研究進展。總結了不同種類的COFs的合成方法;從不同的光催化機理出發,闡述了不同的光催化應用。最后,他們還進一步討論了COFs這一新興光催化材料所面臨的挑戰,并且指出未來的廣闊前景和可能的發展方向。


      該邀請綜述論文近期在Chinese Journal of Polymer Science上以封面論文發表,題目為COFs-based Porous Materials for Photocatalytic Applications,華中科技大學譚必恩教授和軍事科學院李和國研究員為通訊作者,博士生胡勛亮為第一作者。相關研究工作得到國家重點研發計劃和國家自然科學基金的資助。


      論文鏈接:https://link.springer.com/article/10.1007/s10118-020-2394-x

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