Monolayer-Assisted Surface-Initiated Schiff-Base-Mediated Aldol Polycondensation for the Synthesis of Crystalline sp2 Carbon-Conjugated Covalent Organic Framework Thin Films

单层 化学工程 共价有机骨架 化学 羟醛反应 共价键 纳米技术 碳纳米管 布基纸 共轭体系 材料科学 聚合物 有机化学 催化作用 工程类 生物化学
作者
Ke Wang,Haoyong Yang,Zhongquan Liao,Shengxu Li,Mike Hambsch,Guangen Fu,Stefan C. B. Mannsfeld,Qi Sun,Tao Zhang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (9): 5203-5210 被引量:102
标识
DOI:10.1021/jacs.2c12186
摘要

sp2 carbon-conjugated covalent organic frameworks (sp2c-COFs) with superb in-plane π-conjugations, high chemical stability, and robust framework structure are expected to be ideal films/membranes for a wide range of applications including energy-related devices and optoelectronics. However, so far, sp2c-COFs have been mainly limited to microcrystalline powders, and this consequently hampered their performances in devices. Herein, we report a simple and robust methodology to fabricate large-area, free-standing, and crystalline sp2c-COF films (TFPT-TMT and TB-TMT) on various solid substrates (e.g., fluorine-doped tin oxide, aluminum sheet, polyacrylonitrile membrane) by self-assembly monolayer-assisted surface-initiated Schiff-base-mediated aldol polycondensation (namely, SI-SBMAP). The resultant sp2c-COF films show lateral sizes up to 120 cm2 and tunable thickness from tens of nanometers to a few micrometers. Owing to the robust framework and highly ordered quasi-1D channels, the sp2c-COF membrane-based osmotic power generator presents an output power density of 14.1 W m-2 under harsh conditions, outperforming most reported COF membranes as well as commercialized benchmark devices (5 W m-2). This work demonstrates a simple and robust interfacial methodology for the fabrication of sp2c-COF films/membranes for green energy applications and potential optoelectronics.
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