具有单向融合环带的二维半导体共价有机框架

《Journal of the American Chemical Society》：Two-Dimensional Semiconducting Covalent Organic Frameworks with Unidirectional Fused-Ring Bands

导电共价有机框架（COFs）通过金属离子介导的MTAA环形成合成，获得矩形2D结构，具有窄带隙（<1 eV）、高电导率（10–3 S cm–1）和载流子迁移率（10–1 cm2 V–1 s–1），CoTAA-COF-1在碱性条件下的氧还原半波电位达0.84 V，展现高效电催化潜力。

　　

将长程共轭融合环结构整合到高性能导电共价有机框架（COFs）中至关重要，但这一过程仍然充满挑战。在这项研究中，我们通过金属离子介导的金属四氮杂[14]轮烯（MTAA）环的形成，从非融合环前体制备了四种含有单一维度融合环结构的二维（2D）COFs。所得到的COFs呈现出独特的矩形二维结构，由相互连接的平行线性共轭融合环带组成。这种结构使得其光学带隙小于1电子伏特（eV），内在导电性高达10^–3 S cm^–1，载流子迁移率也显著，达到10^–1 cm² V^–1 s^–1。此外，2D平面内丰富的金属配位位点表明这些材料在高性能电催化剂方面具有巨大潜力。CoTAA-COF-1在碱性条件下表现出0.84伏特的氧还原反应（ORR）半波电位，这是目前已报道的基于COFs的ORR催化剂中最高的电位之一。这项工作为融合环COFs的设计提供了一种有效策略，同时也为开发窄带隙有机半导体和先进电催化剂提供了新的思路。