外电场调控二维共价有机框架的能带结构(英文)

基于第一性原理密度泛函理论,研究了加不同方向电场对NiPc-COF能带结构的影响。结果显示:沿[100]晶向的电场能够有效影响NiPc-COF的电子结构,在3.09 V.nm-1的电场下NiPc-COF的能带降到了0.22 eV。此外,分别从电子结构、前线轨道和Mülliken电荷方面的分析进一步研究了电场对NiPc-COF的作用,结果表明沿[100]方向电荷密度的极化导致一些简并轨道的分裂从而降低了NiPc-COF的能带。     

二维Ni-Salphen基共价有机骨架的制备及电容性能

利用2,3,6,7,10,11-六氨基三苯六盐酸盐（HATP）和4,6-二羟基-5-甲基间苯二甲醛（DMDB）为构筑基元,构筑了二维Ni-Salphen基共价有机骨架（COFs）电极材料（Ni-Salphen-COF）。通过一系列方法对Ni-Salphen-COF的结构、形貌和电化学性能进行了表征和测试。三电极系统测试结果表明,Ni-Salphen-COF具有优异的电化学性能,在1 A·g^-1时,比电容达到531 F·g^-1,并显示良好的循环稳定性（10 000次循环后电容保持率为89%）。同时,二电极系统测试结果显示,在1 A·g^-1时,Ni-Salphen-COF//AC （AC为活性炭）比电容达176 F·g^-1;在功率密度为900 W·kg^-1时,最大能量密度为55 Wh·kg^-1。良好的性能可能归因于Ni-Salphen结构提高了电极材料的电导率、氧化还原活性和电荷转移能力。     

碳碳键链接的二维共价有机框架研究进展

二维共价有机框架(Two-dimensional Covalent-Organic Frameworks, 2D COFs)是指一类由π-共轭构筑单元通过共价键连接形成的具有二维拓扑结构的晶态多孔材料.由于其独特的周期性多孔结构、高比表面积、优异的稳定性等特点在离子传输、光电材料、催化等领域展现出了巨大的应用潜力.其中,碳碳键链接的共价有机框架因兼具优异的稳定性和良好的结晶性,被认为是最具有前景的二维聚合物材料之一.近年来,基于不同的设计原则和合成策略涌现出了许多具有不同结构和优异性能的碳碳键链接共价有机框架.在这篇综述中,按照构筑单元的拓扑结构对碳碳键链接共价有机框架进行分类,并归纳总结了迄今为止C=C和C—C键链接的二维共价有机框架在合成方法、结构创新、性能提升以及实际应用领域的研究进展.该综述旨在为相关领域的研究人员更好地设计和合成具有多种功能的多孔结晶材料提供参考,从而促进碳碳键链接共价有机框架材料在光电领域的进一步发展和应用.     

取代基效应对对称共价有机框架光催化性质的影响（英文）

对称共价有机框架(COF)光催化剂通常存在电荷分离效率低和光激发态寿命短的问题.通过密度泛函理论和含时密度泛函理论计算,本文发现了用一个或两个取代基(N或NH₂)在具有代表性的对称共价有机框架(No-COF)的连接单元内进行部分取代可得到具有电荷分离特征的共价有机框架(N₁-COF、N₂-COF、(NH₂)₁-N₀-COF和(NH₂)₂-N₀-COF).此外,还发现N₀-COF的最高占据晶体轨道和最低未占据晶体轨道的能级位置可通过取代远离或靠近真空能级,这取决于取代基的吸电子或给电子特性.因此,本文提出了通过精心选择具有吸电子或给电子效应的取代基,并在对称共价有机框架的连接单元内进行部分取代,所获得的共价有机框架可具有高效的电荷分离以及驱动特定光催化反应的合适最高占据晶体轨道和最低未占据晶体轨道能级位置.该规则可用于进一步提升许多具有对称性的共价有机框架的光催化性能.     

二维金属或共价有机骨架材料的制备及其化学与生物传感应用

随着人们对以石墨烯为代表的二维（2D）纳米材料不断深入与扩展研究,近些年来,以2D金属有机骨架（metal-organic frameworks,MOFs）和共价有机骨架（covalent organic frameworks,COFs）为代表的2D骨架材料引起了人们浓厚的研究兴趣和广泛关注.与其它的中孔或微孔的纳米材料相比,这些有机骨架材料提供了均一的纳米尺寸的孔,并且相较于石墨烯,2D有机骨架材料可以预期性地设计和组装功能化的结构单元,如羧基、氨基、羟基等基团可以通过多样的化学反应人为可控地接枝到骨架上,这些优点有望使2D有机骨架材料成为新一代提高传感界面灵敏度和稳定性的功能材料.本篇综述分别对2D MOFs和COFs进行简单的概述,总结目前以“自下而上”和“自上而下”两种制备2D MOFs和COFs纳米材料的方法并对其做出简单的点评,介绍（2D）MOFs和COFs材料在化学传感和生物传感方面的应用,讨论了2D MOFs和COFs在传感应用中的潜质和关键性问题,并对未来2D MOFs和COFs的应用前景做出了展望.     

共价有机框架新应用: 选择性水解二维共价有机框架制备有机纳米管

共价有机框架(covalent organic frameworks,COFs)是一类晶态有机多孔聚合物,它们通过多官能团有机单体分子缩聚形成共价键连接的二维或三维拓展网格结构[1].遵循“框架化学”构筑原理[2],COFs的结构可被预先设计并精确构筑.这类新颖材料的显著特点是其内部分布高度有序的纳米孔道且孔道形状和大小可通过改变聚合单体的对称性和尺寸进行精确调节.此外,从构效关系的角度考虑,多孔和共轭结构特征[3]使其在物质吸附、储存与分离、催化、光电和传感检测等领域均得到了引人注目的应用[4].尽管如此,开辟COFs新应用的需求仍然十分迫切.     

发光共价有机骨架LCOF-NDT1荧光识别甲醛的理论研究

基于密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT),探究了发光共价有机骨架LCOF-NDT1与甲醛之间的分叉氢键作用.发现LCOF-NDT1与甲醛氢键作用后发光机理发生改变.氢键复合物的电子激发能减小,激发态下的氢键键长变短,氢键质子供体的~1H-NMR移向高场,氢键质子供体和受体的振动频率发生红移,均表明电子激发态下的氢键增强.氢键复合物的荧光速率系数减小,内转换速率系数增大,阐明电子激发态下氢键的增强有利于非辐射跃迁,不利于辐射跃迁,从而导致LCOF-NDT1荧光减弱或猝灭.计算结果表明LCOF-NDT1在荧光识别甲醛方面有潜在的应用前景.     

具有高气态碘吸附的二维介孔共价有机框架

合成了一种新型的二维介孔共价有机框架(COF)材料JUC-573.粉末X射线衍射、氮气吸附-脱附和热重等表征结果表明合成的COF材料具有高结晶度、高比表面积以及良好的热稳定性.在333 K、常压条件下,该材料表现出优异的碘吸附能力,且吸附量高达4.15 g/g.这是由于在JUC-573中规则定向的垂直一维介孔孔道能够有效地避免碘吸附后的堵塞,从而优化了材料的吸附能力. JUC-573可多次循环用于气态碘的捕获且保持几乎不变的吸附量.     

有机或金属-有机二维纳米材料的制备与应用

对石墨烯等二维材料的研究进一步引发了人们对相似结构的其他有机、金属-有机二维层状纳米材料的浓厚兴趣. 这些二维材料由于其优异的化学可剪裁性而受到关注, 预期未来在电子器件、催化和小分子分离等方面具有广泛的用途. 这篇综述系统地介绍了目前制备有机基二维材料的自上而下和自下而上的两大类方法, 总结了有机基二维材料在生物识别、小分子分离和纯化以及电学方面的应用, 最后讨论了有机基二维材料目前在制备和性质改进方面面临的问题和未来可能发展的研究方向.     

一种基于二氢吩嗪的三维共价有机框架的合成、结构与表征

二氢吩嗪衍生物由于其独特的氧化还原活性而备受关注. 本文先设计合成了一种含有二氢吩嗪基团的单体5,10-二(4-甲酰基苯基)-5,10-二氢吩嗪(M1), 再采用溶剂热法, 通过亚胺缩合反应制备了一种新型三维共价有机框架(3D COF, 3D-PN-2). 通过粉末X射线衍射(PXRD)、 氮气吸附-脱附、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)和固体碳核磁共振波谱(¹³C CP/MAS NMR)等表征方法, 并结合理论模拟对其结构信息进行了研究, 得出3D-PN-2是具有十一重穿插金刚石(dia)拓扑结构的3D COF. 采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对其形貌进行了表征. 稳定性研究结果表明, 3D-PN-2具有较好的热稳定性和化学稳定性. 通过固体紫外-可见漫反射光谱研究了3D-PN-2的光吸收性能, 结果表明, 其在紫外和可见光区具有较宽的吸收范围(吸收边为 630 nm), 且具有较窄的能带间隙(2.11 eV). 通过循环伏安法研究了其氧化还原性能, 并计算得出其最高占有轨道能级(E_HOMO)为-4.50 eV, 最低空轨道能级(E_LUMO)为-2.39 eV.     

有机晶体材料DAST和DSTMS的电子结构与光学性质

采用基于赝势平面波基组的密度泛函理论(DFT)方法,研究了有机晶体材料4-(4-二甲氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲苯磺酸盐(DAST)和4-(4-二甲氨基苯乙烯基)甲基吡啶2,4,6-三甲基苯磺酸盐(DSTMS)的电子结构和光学性质.结果表明,两种化合物具有相似的能带结构,其中价带顶和导带底分别含有较多二甲氨基和甲基吡啶中N原子的2p轨道成分.在线性光学性质方面,两种化合物具有较高的双折射率(Δn>0.5),在中远红外区均具有较好的透过性能.在二阶非线性光学性质方面,该类晶体具有较强的二阶倍频(SHG)效应,静态倍频系数d11约为150 pm V-1.由能带结构分析结果可知,体系的SHG效应与推拉电子基团之间的电荷转移密切相关,同时乙烯桥键在该电子转移过程中也起着重要作用.     

一种沿骨架进行质子传导的二维共价有机框架的合成

氮杂环化合物咪唑、三氮唑等常被负载在多孔材料中应用于质子传导.受此启发,利用结构中含有三氮唑的2H,2’H-3,3’-双-1,2,4-三唑-5,5’-二胺(BTDA)作为建构单元,与2,4,6-三甲酰基间苯三酚(TFP)发生希夫碱缩合反应合成一种新型二维共价有机框架(TFP-BTDA-COF).通过理论模拟、粉末X射线衍射(PXRD)、氮气吸附-解吸表征和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等证实了其结构.由于2D-COF的π-π堆积作用, BTDA连接单元中三氮唑上的N—H键在COF各层上周期性间隔排列形成有序阵列,在一定湿度条件下,借助水分子的中继作用,质子可以沿该阵列在一维孔道内传递,使得该COF具备通过骨架进行质子传导的能力.采用交流阻抗法对其质子传导能力进行测试,测试结果表明:随环境湿度增大,材料的质子传导能力逐渐增强,在98%相对湿度下达到最大值1.4×10^-3S·cm^-1.     

二维共价三嗪框架膜的制备及其分子分离性能

二维共价三嗪框架材料(2D-CTF)可作为一类理想的二维分离膜基元体。本文利用微界面法制备了具有寡层结构的2D-CTF-1纳米材料,并以其为基元体构筑超薄层状2D-CTF-1分离膜。采用傅里叶红外光谱、X射线光电子能谱、原子力显微镜、透射电子显微镜和扫描电子显微镜对2D-CTF-1纳米材料及其组装成的分离膜进行结构与形貌表征,并测试2D-CTF-1分离膜在不同压力下的纯水通量以及对染料小分子的分离性能。结果表明:2D-CTF-1分离膜的纯水通量可达153.7 L/(m2·h)(25℃,0.1 MPa),二维面内结构孔为主要的水分子传输通道,对染料小分子刚果红的渗透通量为132.5 L/(m2·h)(25℃,0.1 MPa),截留率为98.3%。2D-CTF-1分离膜在长时间连续运行后仍能维持较高通量和96%以上的截留率,是一类极具潜力的新型二维分离膜材料。     

有机-无机杂化化合物[Cu（μ-cbdca）（H2O）]n的电子结构及铁磁性

利用基于密度泛函理论(DVF)的第一性原理的FP_LAPW方法,对以铜离子为磁性中心的化合物[Cu(μ-cbdca)(H2O)]n(cbdca=cyclobutanedicarboxylate)的电子结构及磁性质进行了计算.对该材料的铁磁性、反铁磁性和非磁性三种状态下的总能量进行了计算.计算结果表明,[Cu(μ-cbdca)(H2O)]n的铁磁态能量最低,该化合物为稳定的铁磁性物质,该结果与实验吻合较好.对原子磁矩的计算结果发现,铜原子对化合物磁性的贡献较大,双齿配体上的氧原子和碳原子的贡献相对较小.     

二维共价有机框架材料的可控合成及其光催化应用研究进展

通过模拟自然界光合作用, 将太阳能转化为方便存储的化学能是缓解未来能源短缺和环境污染问题的理想途径之一. 二维共价有机框架材料(2D COFs)是近年来发展起来的一类新型有机半导体材料, 具有结晶度高、结构精确以及化学组分灵活可调等优势, 在光催化领域展现出巨大应用潜力, 受到了研究者们的广泛关注. 对2D COFs的可控制备以及电子结构调控方法进行了系统总结, 并重点介绍了它们在光催化水分解、CO₂还原以及H₂O₂合成领域的最近研究进展, 讨论了材料结构和催化性能之间的关系, 最后对2D COFs在光催化应用领域存在的机遇和挑战进行了展望.     

Fe/Cr超晶格的电子结构和磁性质

应用密度泛函全势线性缀加平面波(FLAPW)方法研究了Fem/Crn (m=3, 4; n=1, 3, 4)超晶格的电子结构和磁性质. 结果表明, Fe3/Cr1和Fe3/Cr3体系的基态中, Fe层间存在铁磁耦合; 而Fe4/Cr4体系基态中, 存在反铁磁耦合; Cr层的磁矩方向交替变化, 交界面上的Fe和Cr间存在反铁磁耦合.     

秋水仙碱立体异构体电子结构及圆二色谱性质的理论研究

采用量子化学密度泛函理论(DFT)在B3LYP/6-311++G二水平上对秋水仙碱四个立体异构体分子几何构型进行了优化,在优化的基础上进行了振动圆二色谱(VCD),紫外-可见光谱(UV-Vis)和电子圆二色谱(ECD)研究.为模拟真实条件,以水为溶剂,计算其对分子电子结构和光谱性质的影响.研究结果表明:秋水仙碱四个立体...     

二维片层卟啉基共价有机框架材料修饰电极用于污水中汞离子的高灵敏检测

基于5,10,15,20-四(4-氨基苯)卟啉(TAPP)和对苯二甲醛(TPAL)间的胺醛缩合反应,合成了一种卟啉基共价有机框架材料(TAPP-TPAL-COF).此材料呈多孔二维片层状,具有四边形拓扑结构和平面共轭π键.TAPP-TPAL-COF上丰富的π键可与玻碳电极(GCE)表面发生π-π共轭作用,被稳定地固载于...     

有机-无机杂化化合物[Cu(μ-cbdca)(H2O)]n的电子结构及铁磁性

利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理的FP_LAPW方法, 对以铜离子为磁性中心的化合物[Cu(μ-cbdca)(H2O)]n(cbdca=cyclobutanedicarboxylate)的电子结构及磁性质进行了计算. 对该材料的铁磁性、反铁磁性和非磁性三种状态下的总能量进行了计算. 计算结果表明, [Cu(μ-cbdca)(H2O)]n的铁磁态能量最低, 该化合物为稳定的铁磁性物质, 该结果与实验吻合较好. 对原子磁矩的计算结果发现, 铜原子对化合物磁性的贡献较大, 双齿配体上的氧原子和碳原子的贡献相对较小.