中國人民大學(xué)物理系及合作團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)新型高導(dǎo)熱二維COF
共價(jià)有機(jī)骨架（COFs）是由輕元素的分子有機(jī)結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成并通過強(qiáng)共價(jià)鍵連接的晶體材料，由于其可設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和高孔隙率而成為一類有前景的多孔材料。近日，中國人民大學(xué)物理系陳珊珊教授與中山大學(xué)鄭治坤教授、德累斯頓工業(yè)大學(xué)戚浩遠(yuǎn)博士團(tuán)隊(duì)合作在水/空氣界面上合成了一種新型的納米多孔COF (SYSU-7)，其導(dǎo)熱性能超越傳統(tǒng)COF材料兩個(gè)數(shù)量級，是迄今為止納米多孔COF、MOF等材料的最高報(bào)道值。相關(guān)研究工作以“Nanoporous and Highly Thermal Conductive Thin Film of Single-Crystal Covalent Organic Frameworks Ribbons”為題于2021年2月25日發(fā)表在《美國化學(xué)學(xué)會雜志》（Journal of the American Chemical Society）上。
微孔材料被認(rèn)為是氫能汽車最有前景的吸附劑，其儲氫和放氫過程分別為放熱和吸熱過程，但該類材料一般是熱絕緣材料，如已報(bào)道COFs的熱導(dǎo)系數(shù)接近棉花（0.04 W m-1 K-1），遠(yuǎn)低于美國能源部規(guī)定該類材料的熱導(dǎo)系數(shù)至少達(dá)到1~3 W /m K以滿足汽車快速加氫（3到5分鐘）的需求。通常COFs是一類離散狀態(tài)的顆粒狀，結(jié)晶度低，晶疇尺寸受限（通常小于50 nm）以及晶疇之間的連接不良，嚴(yán)重阻礙了材料內(nèi)部的熱傳遞。為此，物理系及其合作團(tuán)隊(duì)在水/空氣界面上實(shí)現(xiàn)了微米級單晶COFs帶的定向生長，這些COFs帶通過自助裝的方式堆疊在一起，形成大面積二維薄膜。應(yīng)用三維透射電子顯微鏡等進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，發(fā)現(xiàn)這些COFs帶均為單晶。進(jìn)一步將單晶COFs帶定向堆疊成大面積薄膜，使其易于轉(zhuǎn)移并懸空于目標(biāo)支撐物，結(jié)合非接觸光熱拉曼測量技術(shù)，獲得二維COFs的室溫下的本征面內(nèi)熱導(dǎo)率高達(dá)5.31±0.37 W m-1 K-1，這個(gè)數(shù)值比目前報(bào)道的COFs的導(dǎo)熱系數(shù)高兩個(gè)數(shù)量級。多孔COFs本征高熱導(dǎo)率的實(shí)現(xiàn)，為進(jìn)一步深入理解COFs、MOFs的熱傳導(dǎo)理論提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)，也為實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證多孔材料熱傳導(dǎo)性質(zhì)提供了良好的平臺而具有重要的理論意義。該實(shí)驗(yàn)工作為提高微孔材料的導(dǎo)熱能力提供了可行的探索方向，改變了常見COFs、MOFs材料多作為良好熱絕緣體的現(xiàn)狀，拓寬了微孔材料的應(yīng)用范圍，對發(fā)展能源汽車儲氫材料和大規(guī)模集成電路低介電（多為微孔材料）快速散熱材料具有重要的理論和實(shí)際指導(dǎo)意義。
圖1. SYSU-7 COFs薄膜的結(jié)構(gòu)和熱導(dǎo)率分布圖。
圖2. SYSU-7 COFs帶的高分辨透射電鏡圖
圖3. SYSU-7 COFs自組裝薄膜熱導(dǎo)率對晶疇尺寸、溫度依賴關(guān)系。
該研究成果于2月25日以“Van der Waals epitaxial growth of air-stable CrSe2 nanosheets with thickness-tunable magnetic order”為題在線發(fā)表在《美國化學(xué)學(xué)會雜志》（Journal of the American Chemical Society）上，物理學(xué)系博士生韓爍和中山大學(xué)博士生譚方林為論文的共同第一作者。物理學(xué)系陳珊珊教授、德累斯頓工業(yè)大學(xué)戚浩遠(yuǎn)博士和中山大學(xué)鄭治坤教授、為論文的共同通訊作者。該工作的熱輸運(yùn)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算部分由人民大學(xué)完成，材料生長和表征部分由合作單位完成。相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金和中國人民大學(xué)的資助。
論文信息：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c13458
Nanoporous and Highly Thermal Conductive Thin Film of Single-Crystal Covalent Organic Frameworks Ribbons. Fanglin Tan, Shuo Han, Daoling Peng, Honglei Wang, Jing Yang, Pei Zhao, Xiaojun Ye, Xin Dong, Yuanyuan Zheng, Nan Zheng, Li Gong, Chaolun Liang, Natalie Frese, Armin G?lzh?user, Haoyuan Qi*, Shanshan Chen*, Wei Liu, and Zhikun Zheng*
J. Am. Chem. Soc. 2021, DOI: 10.1021/jacs.0c13458
版權(quán)與免責(zé)聲明：本網(wǎng)頁的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其真實(shí)性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如涉及侵權(quán)，請聯(lián)系我們及時(shí)修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com