刘云圻课题组在一维纳米带状导电金属-有机框架材料制备方面取得重要进展

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有机框架材料具有独特的孔洞结构、高的比表面积和优异的物理化学性质，在能源、催化、传感以及光电器件等领域展示了广阔的应用前景。目前制备的有机框架材料，受到分子键接方式、堆叠结构和加工方法制约，导电性能较低。因此，开发新型低维有机框架材料，发展低成本、大规模晶体和薄膜制备技术对于推动有机框架材料功能器件的应用具有重要意义。

　　在中国科学院先导B专项和国家自然科学基金委的大力支持下，化学研究所有机固体院重点实验室刘云圻课题组开展了低维导电有机框架材料的可控制备研究，在金属有机框架（MOF）和共价有机框架（COF）材料薄膜的可控组装以及光电性能研究方面取得了系列研究进展（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）。
　　最近，该课题组陈建毅等科研人员以1,5-二氨基-4,8-二羟基-9,10-蒽二酮(DDA)为有机配体，设计合成了一种新型的一维DDA-Cu 有机框架材料。不同于广泛报导的二维有机框架材料，该材料的有机配体与双铜离子连接，形成延伸的π-d共轭纳米带。在平面内，这些纳米带肩并肩排列，而在垂直于分子平面方向则采用π-π堆叠方式。该结构特征为电荷沿π-d纳米带和π-π堆叠方向传输提供了高效传输途径。研究结果表明，DDA-Cu有机框架材料是一种n型半导体材料，具有高的结晶质量和高的电导率（约9.4 S m–1），其电学带隙（Eg）和激子结合能（Eb）分别为0.49 eV与0.3 eV。将DDA-Cu MOF用作超级电容器的电极材料，表现出良好的电荷储存性质与循环稳定性，其质量电容和面电容分别可以达到118 F/g和236 mF/cm2，性能优于近期报道的碳纳米管、石墨烯、MOF等材料。此外，基于DDA-Cu材料薄膜，研究者也搭建了柔性光电突触器件，成功地模拟了人工视觉感知系统，且器件表现出良好的抗弯曲性与空气稳定性。相关研究工作发表在Nat. Commun.（2022, 13, 7599）上，文章第一作者为博士生商圣从，通讯作者为陈建毅研究员。
         文章来源：化学所
        刘云圻研究员，中国科学院院士，第三世界科学院院士。物理化学家，1949年2月生于江苏省靖江市。 1975年毕业于南京大学化学系，1991年在日本东京工业大学获博士学位。长期从事分子材料与器件的研究。总结发展了高性能分子材料的设计思想和提出了性能调控的新方法。证实了扩展π体系是实现高迁移率的重要途径，合成了具有优异光电性能的新型π共轭分子材料。首次提出了液态铜催化剂生长石墨烯的概念，获得了高质量单晶石墨烯；制备了第一个氮掺杂的石墨烯，实现了对石墨烯电学性能的调控；开拓了在介电层上直接生长石墨烯的新方法。揭示了界面对器件性能的影响规律，开发了新的溶液法加工技术，实现了器件的多功能化。发表SCI论文500余篇(其中130余篇发表在影响因子大于10的期刊上)，他人引用2万余次，h因子大于80，获授权中国发明专利70项，出版专著一部及19章节，在国内外学术会议上做大会/邀请报告100余次。2007，2016年获国家自然科学二等奖各一项，2017年度获北京市自然科学一等奖。2014, 2015和2016年入选汤森路透全球"高被引科学家"目录。现为科技部国家重点基础研究发展计划（973计划）重大科学前沿领域第四届专家咨询组副组长、中国化学会理事、有机固体专业委员会副主任，和担任Scientific Reports, Nanoscale, Flexible Printed Electronics等6种期刊的编委/顾问委员会成员。