【COF杂化材料】：共价有机框架和无机二维材料杂化体的通用合成方法

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摘要：
Rice University 的Jun Lou等报道的本篇文章（Precis. Chem. 2024）中提出了一种通用合成方法，用于制备一系列共价有机框架（COFs）和无机二维材料的杂化体。通过利用多种无机二维材料作为催化剂和无机构建块，包括六方氮化硼（hBN）、二硫化钼（MoS2）、二硒化钼（MoSe2）和二硫化钨（WS2），实现了在这些无机二维材料表面生长具有不同官能团和拓扑结构的多种亚胺基COFs。所得杂化体保持了二维形态和良好的溶液分散性，可以通过真空过滤法轻松加工成薄膜。作为概念验证，hBN/COF薄膜被用作过滤器，在流动条件下去除罗丹明6G，去除率达到93%以上。本工作为可扩展制造COF/无机二维杂化体提供了一种简单且通用的合成方法，为水处理和能源存储等实际应用提供了激动人心的机会。

研究背景：
1. 二维无机/有机杂化材料在电子、催化和能量存储设备等领域具有广泛的应用前景。但现有的合成方法主要集中在几层薄膜结构上，限制了其在实际应用中的可扩展性。
2. 以往的研究主要集中在通过直接生长、层层转移和微波促进沉积等方法制备COFs/2D无机杂化体，但这些方法在规模化生产方面存在挑战。
3. 作者提出了一种通用合成方法，利用无机二维材料的路易斯酸性位点催化COF的生长，这些无机材料同时作为无机构建块，实现了在这些材料表面控制COF的生长。这种方法允许在保持二维形态和溶液可加工性的同时，合成具有高结晶度和大比表面积的COF/无机杂化体。

实验部分：
1. 合成COF/无机二维材料杂化体：使用球磨hBN和TMDs（MoS2、MoSe2、WS2）作为催化剂，与COF单体（TAPT和OMePDA）反应，通过溶剂热合成了hBN/COF杂化体。
2. 形貌和结构表征：通过SEM和TEM观察了hBN/COF杂化体的形貌，通过PXRD分析了其晶体结构，通过FT-IR光谱确认了亚胺键的形成，通过TGA分析了COF的热稳定性。
3. 比表面积和孔径分析：通过氮气吸附-脱附等温线测量了杂化体的比表面积和孔径分布。
4. 光热性能研究：通过UV-Vis光谱研究了hBN/COF薄膜的光热性能。
5. 过滤性能测试：使用hBN/COF薄膜作为过滤器，在流动条件下测试了对罗丹明6G的去除效率。

分析测试：
1. PXRD分析：hBN/COF杂化体的PXRD图谱显示了hBN和COF的特征峰，证明了杂化体的成功合成。
2. FT-IR光谱：FT-IR光谱中1615 cm^-1处的C═N伸缩振动峰证明了亚胺键的形成。
3. TGA分析：hBN/COF样品的TGA分析显示了COF的热稳定性，以及hBN在复合材料中的含量。
4. SEM和TEM成像：SEM图像显示了hBN/COF杂化体的片状结构和COF颗粒的聚集，TEM分析显示了COF层在hBN边缘的涂层。
5. 比表面积和孔径分析：BET分析显示了不同hBN比例下杂化体的比表面积和孔径分布。
6. UV-Vis光谱：hBN/COF薄膜的UV-Vis光谱显示了其在可见光区域的吸收特性。

总结：
本文提出的合成方法为制备一系列COF/无机二维材料杂化体提供了一种通用且可扩展的途径。通过精确控制COF单体和无机二维组分的浓度，所得杂化体保持了二维形态和良好的溶液分散性，易于加工成薄膜。hBN/COF薄膜在流动条件下展现出优异的有机染料去除性能，证明了其在水处理和能源存储等实际应用中的潜力。

展望：
1. 进一步研究hBN/COF杂化体在不同环境条件下的长期稳定性。
2. 探索hBN/COF杂化体在其他领域的应用，如气体分离、传感器和催化剂。
3. 研究和优化合成过程，以实现hBN/COF杂化体的规模化生产。
4. 深入研究2D材料表面缺陷对COF生长的影响，以及不同官能团对COF性能的影响。

A General Synthesis Method for Covalent Organic Framework and Inorganic 2D Materials Hybrids
文章作者：Yifan Zhu, Yunrui Yan, Yuren Feng, Yifeng Liu, Chen-Yang Lin, Qing Ai, Tianshu Zhai, Bongki Shin, Rui Xu, Hongchen Shen, Qiyi Fang, Xiang Zhang, Dayanni Bhagwandin, Yimo Han, Hanyu Zhu, Nicholas R. Glavin, Pulickel M Ajayan, Qilin Li, and Jun Lou*
DOI：10.1021/prechem.3c00118
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/prechem.3c00118

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