有機(jī)框架材料具有獨(dú)特的孔洞結(jié)構(gòu)、高的比表面積和優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，在能源、催化、傳感及光電器件等領(lǐng)域展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。目前制備的有機(jī)框架材料，受到分子鍵接方式、堆疊結(jié)構(gòu)和加工方法制約，導(dǎo)電性能較低。因此，開發(fā)新型低維有機(jī)框架材料，發(fā)展低成本、大規(guī)模晶體和薄膜制備技術(shù)，對于推動有機(jī)框架材料功能器件的應(yīng)用具有重要意義。
中國科學(xué)院化學(xué)研究所中科院有機(jī)固體重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉云圻課題組開展了低維導(dǎo)電有機(jī)框架材料的可控制備研究，在金屬有機(jī)框架(mof)和共價有機(jī)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(jìn)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(jī)配體，設(shè)計合成了新型的一維dda-cu有機(jī)框架材料。不同于廣泛報導(dǎo)的二維有機(jī)框架材料，該材料的有機(jī)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(nèi)，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(jié)構(gòu)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(jī)框架材料是n型半導(dǎo)體材料，具有高的結(jié)晶質(zhì)量和高的電導(dǎo)率(約9.4 s m–1)，其電學(xué)帶隙(eg)和激子結(jié)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(xiàn)出良好的電荷儲存性質(zhì)與循環(huán)穩(wěn)定性，其質(zhì)量電容和面電容分別可達(dá)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(tǒng)，且器件表現(xiàn)出良好的抗彎曲性與空氣穩(wěn)定性。
相關(guān)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(dǎo)科技專項(xiàng)(b類)和國家自然科學(xué)基金的支持。
一維dda-cu有機(jī)框架材料的結(jié)構(gòu)和柔性光電突觸器件