化学所二维共价有机结构/石墨烯复合薄膜资料制备获发展

研讨析氢反响（HER）催化剂用于高效产氢有助于缓解能源危机、完成碳达峰和碳中和的战略目标。Pt/C被认为是高效的HER催化剂，但是，因为资源稀缺、本钱高以及或许引起重金属污染，约束了其大规模使用。因而，开发可代替的非金属催化剂成为该范畴的研讨热门。二维有机结构薄膜资料是有机化合物经过共价键或配位键构成的二维多孔网状资料，具有高度有序的孔洞结构、大的比表面积和可调控的活性位点，在催化产氢、储能、传感等范畴展现出杰出使用远景。

在中国科学院战略性先导科技专项（B类）和国家自然科学基金委的支持下，中科院化学研讨所有机固体要点实验室刘云圻课题组的科研人员展开了二维有机结构薄膜资料的可控拼装及规模化制备研讨，并获得系列发展（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 2887；Adv. Mater. 2021, 33, 2007741；Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 17440）。

最近，该课题组科研人员提出了近平衡液相成长法，在相对温文的反响条件下，经过2,7-二-叔丁基芘-4,5,9,10-四酮 (t-BPT)， 芘-4,5,9,10-四酮（PT）与2,3,6,7,10,11-六氨基三苯六盐酸盐（TPHA）之间的自发反响，制备出结构安稳的高共轭的二维共价有机结构资料BPT-COF和PT-COF（如图）。该办法避免了高温、高压、封管等严苛条件，是低本钱、高效制备吡嗪衔接的COF的有效途径。在此基础上，科研人员经过原位成长和真空过滤成膜办法，进一步拼装了厚度可控的二维共价有机结构/石墨烯复合薄膜资料，并将其使用于析氢反响。该复合薄膜具有很多活性位点和优异的电学性质，展现出高效的催化活性，在10 mA cm-2的电流密度下，过电位仅为45 mV，高于现在报导的非金属催化剂功能，并挨近20%含量的商用Pt/C功能。此外，科研人员经过理论建模解说了高效HER催化活性的内涵机理。

相关研讨成果宣布在Angewandte International Edition Chemie上。

近平衡液相法与传统溶剂热法制备二维有机结构资料的比照。左上图为传统溶剂热法，需求高温、高压、封管等严苛条件，聚合后经过长期晶化，构成结构资料；左下图为近平衡液相成长法，在稀溶液、敞开系统中直接成核、成长，构成结构资料，室温下制备，条件相对温文；右图为本作业制备BPT-COF和PT-COF两种二维有机结构资料的示意图