【TTA-DHBD COF】三嗪基柔性共价有机框架纤维膜的室温可控制备及多功能集成研究

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中国科学院大连化学物理研究所史全老师、寇艳老师等报道的本篇文章（Journal of Energy Chemistry 2025, DOI: 10.1016/j.jechem.2025.04.061）中，提出了一种结合静电纺丝与牺牲模板的室温快速合成策略，成功制备了大面积（20 cm×30 cm）、高结晶度（比表面积达930.09 m²/g）的三嗪基柔性共价有机框架（TTA-DHBD COF）纤维膜。该材料兼具光催化产过氧化氢（594.72 μmol·g⁻¹·h⁻¹）、阻燃（热释放率降低64.97%）及热管理（相变焓158.94 J·g⁻¹）功能，为多功能COF材料的规模化应用提供了新思路。

研究背景
1.行业问题：传统COF材料多通过溶剂热法合成，存在反应时间长（≥48 h）、能耗高、产物为粉末难以加工等问题，限制了其规模化应用。
2.研究现状：已有研究通过引入柔性基底或室温合成改善COF加工性，但功能单一且难以平衡结晶度与力学性能。
3.本文创新：
方法革新：结合静电纺丝与牺牲模板法，在室温下30分钟内快速合成柔性COF纤维膜。
结构调控：通过单体浓度调控纤维形貌（主干直径300 nm，分支50 nm），实现高比表面积（930.09 m²/g）与机械强度（拉伸强度4.21 MPa）。
多功能集成：利用三嗪环的π-π共轭特性赋予光催化活性，并通过负载相变材料（C22@COF）实现热管理-阻燃双功能。

实验与分析
1.合成与表征：
合成方法：以PAN/DHBD电纺纤维为模板，在Sc(OTf)₃催化下与TTA室温缩合，DMF/THF去除模板。
结构表征：XRD证实AA堆积（空间群P6），晶面衍射峰（2.88°, 4.99°）；BET显示介孔结构（孔径2-5 nm）。
力学性能：COF Film2拉伸强度达4.21 MPa，接触角<5°（超亲水性）。
2.应用性能：
光催化：可见光下H₂O₂产率594.72 μmol·g⁻¹·h⁻¹（空气条件保持85.1%效率），循环3次活性仅下降5%。
阻燃性：C22@COF复合膜热释放峰值（pHRR）降低64.97%，残碳率15.84%（纯C22为0%）。
热管理：相变焓158.94 J·g⁻¹，500次循环后焓值稳定，电子器件温控温差达14.9℃。
3.性能机制：
光催化高效性：三嗪环的宽可见光吸收（带隙2.10 eV）与高比表面积（930.09 m²/g）促进载流子分离及底物接触。
阻燃协同效应：三嗪结构热解释放惰性气体（气相阻燃）并形成碳层（凝聚相阻燃），复合膜THR降低27.94%。

总结
1.开发了室温快速制备柔性COF纤维膜的新方法，实现光催化-阻燃-热管理多功能集成。
2.首次通过静电纺丝模板法调控COF纤维网络形貌，突破传统粉末COF的加工限制。
3.为电子器件热管理、光催化反应器设计及安全材料开发提供了高性能平台，推动COF材料从实验室走向实际应用。

Facile scalable fabrication of triazine-based flexible covalent organic framework fiber film with multifunction at room temperature
文章作者: Huimin Yan, Yan Kou, Jiao Wang, Shihui Zhang, Nan Yin, Wenhao Cui, Quan Shi
DOI: 10.1016/j.jechem.2025.04.061
链接: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2095495625003766?via%3Dihub

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