【成果简介】

中科院化学所王栋教授课题组在氨基官能化的碳纳米管表面合成了一种高度有序的二维COF，该COF具有高的结晶性，规则的孔隙结构以及高的化学稳定性。同时，由于骨架中引入了碳纳米管，NH₂-f-MWCNT@COF_TTA-DHTA作为电容电极材料的电化学性能得到了提高。该工作题为Interfacial synthesis of orderedand stable covalent organic framework on amino-functionalized carbon nanotubewith enhanced electrochemical performance，于2017年5月发表于Chemical Communications（IF: 6.29 ）

【图文导读】

将2,5-二羟基对苯二甲醛与氨基官能化的碳纳米管悬浮液（1 ml）预先混合均匀，然后与分散在0.1 ml 6M HOAc和二恶烷/均三甲基苯(1 mL, 2:1 in v/v)中的化学定量的4,4',4''-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三基)三-苯胺反应，得到NH₂-f-MWCNT@COF_TTA-DHTA。

图1. NH₂-f-MWCNT表面合成COF_TTA-DHTA层示意图。TAA和DHTA通过亚胺键连接来构建COF_TTA-DHTA

图2. （a）NH₂-f-MWCNT的TEM图像；NH₂-f-MWCNT浓度为（b）5mg mL⁻¹和(c) 10 mg mL⁻¹时，120℃反应24h合成的NH₂-f-MWCNT@COF_TTA-DHTA的TEM图像；（d）MWCNT@COF_TTA-DHTA(MWCNT浓度10 mg mL⁻¹)的TEM图像。

图3.（a）NH₂-f-MWCNT@COF_TTA-DHTA, MWCNT@COF_TTA-DHTA和 NH₂-f-MWCNT的PXRD图；（b）NH₂-f-MWCNT@COF_TTA-DHTA（菱形）, MWCNT@COF_TTA-DHTA （六边形）和 NH₂-f-MWCNT（三角形） 77K的N₂吸附解吸等温线

以上结果表明，MWCNT表面的氨基对于获得具有**结晶性、高比表面积和孔道规则的高度有序多孔COF结构起着至关重要的作用。MWCNT上的氨基不仅可以改善在溶剂中的分散性，还有助于将DHTA分子吸附并共价固定在MWCNT表面。被固定的的DHTA分子可作为COF_TTA-DHTA生长的核，还可作为将形成的COF层锚定在MWCNT表面的停靠位点。NH2-f-MWCNT周围单体浓度的增加将促进COF层的生长。结合COF_TTA-DHTA的结构特征及其沿c轴的优先生长，在NH2-f-MWCNT表面形成了具有显着有序多孔结构和高结晶度的COF层。

图4. （a）基于NH₂-f-MWCNT@COF_TTA-DHTA（黑色），COF_TTA-DHTA（红色），NH₂-f-MWCNT（蓝色），MWCNT@COF_TTA-DHTA（品红）的电化学电容器在1MNa₂SO₄中扫描速率为100 mV s⁻¹的CV曲线；（b）NH₂-f-MWCNT@COF_TTA-DHTA在不同扫描速率下的CV曲线；（c）基于NH₂-f-MWCNT@COF_TTA-DHTA的电极在电流密度为2 A g⁻¹，1.3 A g⁻¹，0.4 A g⁻¹下的恒流充放电曲线；（d）基于NH₂-f-MWCNT@COF_TTA-DHTA的电化学电容器的循环稳定性测试

【小结】

中科院化学所王栋教授课题组在氨基官能化的碳纳米管表面合成了一种高度有序的二维COF，该COF具有高的结晶性，规则的孔隙结构以及高的表面积。修饰的氨基对于获得这些结构优点是必不可少的。NH₂-f-MWCNT@COF_TTA-DHTA作为超级电容器的电化学性能得到了提升。该工作表明表面改性是设计和合成具有预期功能的COF并改进性能的**方式。基于多种材料合成**的COF对于探索COF的潜在应用具有重要意义。

文献链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/cc/c7cc01902e

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