化學所在一維納米帶狀導電金屬-有機框架材料制備方面取得進展

　　有機框架材料具有獨特的孔洞結構、高的比表面積和優(yōu)異的物理化學性質，在能源、催化、傳感及光電器件等領域展現了廣闊的應用前景。目前制備的有機框架材料，受到分子鍵接方式、堆疊結構和加工方法制約，導電性能較低。因此，開發(fā)新型低維有機框架材料，發(fā)展低成本、大規(guī)模晶體和薄膜制備技術，對于推動有機框架材料功能器件的應用具有重要意義。
 

　　中國科學院化學研究所中科院有機固體重點實驗室劉云圻課題組開展了低維導電有機框架材料的可控制備研究，在金屬有機框架(MOF)和共價有機框架(COF)材料薄膜的可控組裝以及光電性能研究方面取得了系列研究進展(Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 2887；Adv. Mater. 2021, 33, 2007741；Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 17440；Angew. Chem. Int. Ed. 2022,134,e202113067, Nat. Commun. 2022, 13, 1411)。
 

　　近日，該課題組以1,5-二氨基-4,8-二羥基-9,10-蒽二酮(DDA)為有機配體，設計合成了新型的一維DDA-Cu有機框架材料。不同于廣泛報導的二維有機框架材料，該材料的有機配體與雙銅離子連接，形成延伸的π-d共軛納米帶。在平面內，這些納米帶肩并肩排列，而在垂直于分子平面方向則采用π-π堆疊方式。該結構特征為電荷沿π-d納米帶和π-π堆疊方向傳輸提供了高效傳輸途徑。研究表明，DDA-Cu有機框架材料是n型半導體材料，具有高的結晶質量和高的電導率(約9.4 S m–1)，其電學帶隙(Eg)和激子結合能(Eb)分別為0.49 eV與0.3 eV。研究將DDA-Cu MOF用作超級電容器的電極材料，表現出良好的電荷儲存性質與循環(huán)穩(wěn)定性，其質量電容和面電容分別可達118 F/g和236 mF/cm2，性能優(yōu)于近期報道的碳納米管、石墨烯、MOF等材料。此外，基于DDA-Cu材料薄膜，研究搭建了柔性光電突觸器件，模擬了人工視覺感知系統，且器件表現出良好的抗彎曲性與空氣穩(wěn)定性。
 

　　相關研究成果發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導科技專項(B類)和國家自然科學基金的支持。