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极彩娱乐测试-Nature点评:二维COF

admin 2019-10-29 175人围观 ,发现0个评论

外表聚合有机分子办法的开展,为制备高机械强度的二维资料拓荒了新的途径,其中就包含共价有机结构资料(COFs)。比利时鲁汶大学Zhen-Feng Cai等人在JACS上宣布了一篇文章,报导了在扫描隧道显微镜(STM)顶级下,石墨外表COF二维层可逆构成的进程。反响发作在室温条件下,关于这类转化来说温度是十分低的。作者将该意想不到的室温聚合归因于在STM顶级和外表之间施加电压时,高度局域化电场的发作。

COFs是一种纯有机、多孔的晶体资料,由于不含重原子,所以密度极低。2005年,有报导称硼酸(一种含有B(OH)2基团的化合物)可以制成大体积的COF。硼酸简单发作自缩合反响,受热后三个硼酸分子结合构成硼酸环(B3O3),构成了COF的三叉极点。

图1. 彻底极彩娱乐测试-Nature点评:二维COF可逆的二维聚合反响

Zhen-Feng Cai等人研讨发极彩娱乐测试-Nature点评:二维COF现该COF化合物在溶液与石墨的界面进步行了缩合反响。作者将硼酸溶液沉积在石墨上,在施加正向偏置电压的一起扫描STM顶级。在STM图画中作者观察到高度有序的二维超分子拼装 (SAMNs)的构成。可是当作者以反向偏置电压扫描相同的区域时,这些拼装体转变成规矩的共价键分子网络——单层COF(sCOFs)。

图2.可逆转化示意图

研讨标明聚合只发作在扫描区域——周围非扫描区域的STM图画只包含未反响的分子。值得注意的是,当他们切换到正向偏置电压时,COFs发作解聚,康复超分子拼装。在COF构成反响中,可以在室温下挑选性地完结聚合或解聚是史无前例的,这清楚地标明晰非热激活机制的力气。这两种反响进程都进行得足够慢,因而可以用正常的STM成像来监测它们的动力学,解聚反响的速度大约是聚合反响的10倍。

图3.(a-f)STM图画显现从SAMNs到sCOFs的相变进程;(g) sCOFs和SAMNs随时刻演化直方图

图4. (a-f) STM图画显现从sCOFs到SAMNs的相变进程;(g) sCOFs和SAMNs随时刻演化直方图

高度有序共价资料(如COFs)的发作进程会发作动态共价化学反响——在这种反响中,共价键可逆地构成,答应新构成COF缺点的自愈,然后构成长程有序的晶体资料。硼酸的可逆缩合有利于大体积COFs以及外极彩娱乐测试-Nature点评:二维COF表单层COFs的构成。可是,在这两种情况下,聚合都需求大约100℃的温度,所以这种在室温下COF的构成是出其不意的。

因而,Zhen-Feng Cai及其搭档的作业是一个未被充沛研讨现象的比如: 特别的环境条件怎么改动化学反响的进程。作者将这一惊人的发现归功于STM顶级下强定向电场的影响。虽然在STM中施加的电压是适中的(最多只要几伏),但在接近样品顶级时会发作109 V/m的强静电场。

STMs现已展现出一种惊人的才能,可以诱导单个分子阅历各式各样的进程,如改动构象、解离以及发作化学反响。原则上,这些进程可以由电美式音标场驱动。但STM顶级也可以作为一个强壮的氧化剂或还原剂,这取决于它和扫描外表之间的电压。此外,在液-固界面,扫描STM顶级会导致液体发作“纳米拌和”。所有这些顶级效应都能独自或彼此结合促进化学反响,但它们之间的极彩娱乐测试-Nature点评:二维COF密切联系使咱们很难把在试验中详细起效果的效应分离出来。

那么,电场是否一定会驱动Zhen-Feng Cai及其搭档的反响,或许有没有或许触及其他机制?硼酸作为路易斯酸,另一种或许的解说是电子搬运进程。现在要做的应该是探究这种或许性。

在液-固界面进行STM试验相对简略,便于往后对现已报导的反响进行研讨。可是,反响系统自身是高度杂乱的。例如,影响外表反响的关键因素包含溶剂、周围的溶质分子(仍然在溶液中,而不是在石墨外表的硼酸),乃至是溶解的杂质,这些都不简单经过STM进行可视化,由于STM只能对外表结合的分子进行成像。因而,现在的首要应战是规划试验或进行核算模仿,为进一步了解这一机制供给线索。Zhen-Feng Cai等人在这方面迈出了第一步,他们研讨了反响对溶剂的依赖性。未来的研讨还或许说明极彩娱乐测试-Nature点评:二维COF反响中水分子的效果,究竟水分子对解聚反响是至关重要的。

自1981年以来,STM的面世加强了咱们对外表根本原子进程的了解,并且现在仍然是处理外表科学中各种问题的仅有剖析东西。研讨标明,STMs可以用来将原子或分子拼装成准确的纳米结构,并操作这些结构的化学状况。可是,将这些试验扩大到实践所需的数量是不或许的,由于这些反响所触及的进程本质上是在原子规划。

Zhen-Feng Cai及其搭档的作业供给了一个风趣的测验事例,以确认STM诱导的进程是否可以转化为微观的规划。这将要求至少在微米尺度上发作相同强的电场——这似乎是可行的,但仍然具有应战性。假如可以完成,这不仅可以验证所提出的机制,并且会成为将非传统化学向微观世界无限接近的里程碑。

参考文献:

1. Markus Lackinger. Two-dimensional polymer knits together and unravels in an electric field. Nature. 2019

DOI:10.1038极彩娱乐测试-Nature点评:二维COF/d41586-019-02452-4

https://www.nature.com/articles/d41586-019-02452-4

2. Zhen-Feng, CaiGaolei Zhan*, Lakshya Daukiya, Samuel Eyley, Wim Thielemans, Kay Severin, Steven De Feyter*. Electric-Field-Mediated Reversible Transformation between Supramolecular Networks and Covalent Organic Frameworks. J. Am. Chem. Soc. 2019

DOI: 10.1021/jacs.9b05265

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b05265

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