二维单层共价有机网格结构的可逆动态转换研究

Two-dimensional single-layered covalent organic framework (2D sCOF) is a typical 2D grapheme-like material, which has wide potential applications in the field of 2D photoelectric functional materials. Scientists have been paying much attention to the investigation on 2D sCOF with different nanostructures for developing grapheme-like 2D materials with novel electronics, sensing, and catalysis properties. Presently, the 2D sCOF with different nanostructures are normally fabricated by parallel reactions from different combinations of building blocks. Based on previous studies, this project proposes a new 2D sCOF synthesis strategy, through which one can construct 2D sCOF with different nanostructures by using of reversible dynamic transformation reactions. The dynamic transformation reactions can be triggered by adding guest framework or node building block to an initial stable 2D sCOF. We will explore the trigger mechanisms, the kinetics and thermodynamics of the dynamic transformation reactions, and investigate the controllable synthesis methods of fabricating 2D sCOF with structural diversity. The development of this project can provide foundation for constructing 2D sCOF-based functional materials with responsive ability and (or) structural diversity, and exploring the universal law for synthesizing high-quality 2D sCOF.

二维单层共价有机网格结构（2D sCOF）是典型的类石墨烯二维材料，在新型二维光电功能材料方面具有广阔的应用前景。科学家们致力于研究不同骨架结构的2D sCOF，以制备具有新颖电子学、传感、催化等特性的新型类石墨烯二维材料。目前，不同结构2D sCOF是通过不同分子组合的平行反应来获得。本项目在以往2D sCOF制备方法的基础上，创新性地提出一种不同结构2D sCOF可逆动态转换制备的新思路。拟通过在具有稳定性结构的2D sCOF中加入客体框架或节点分子的方式引发结构的动态转换。本项目将系统研究2D sCOF动态转换反应的引发机制、反应的动力学和热力学过程，并探索可控制备结构多样性2D sCOF的方法。本项目的开展能够为响应型及结构多样性2D sCOF二维功能材料的制备，以及探索高品质2D sCOF的普适性制备规律等方面提供研究基础。

合成系列多孔结构材料，通过改变单体的框架结构调控材料的结构与性质，进一步探索所合成的孔材料的碘吸附性能。首先，选择了两种具有不同共轭长度的芳香二胺（1,5-二氨基萘、1,5-二氨基蒽）和均苯三甲醛作为聚合物单体，基于席夫碱反应原理设计合成了两种多孔聚合物材料NDB和ADB。由于目前制备结晶性良好的POPs仍存在很多困难与挑战，因而探索多样化的无定型POPs用于碘的吸附和存储势在必行。为了研究其应用价值，探究了对碘蒸汽、碘溶液以及染料的吸附性能，发现所有材料对此均展示出优良的碘吸附能力及选择性吸附能力，最高可达（443±3）wt%。此外，提供了一种共价有机多孔聚合物材料不同形貌的可控制备方法。基于前述研究，进一步合成了小分子孔结构材料，并探索了其碘吸附和存储性能。相关研究成果为开发新型孔结构材料提供新思路。.同时，研究系列n-型半导体稠环芳酰亚胺分子的二维界面自组装行为机制与规律。研究基于苝酰亚胺衍生物的分子结构-自组装纳米结构与性质之间的关系。在溶液体系中，研究了苝酰亚胺骨架自身具有氢键位点以及非平面型苝酰亚胺分子中柔性链长度对分子组装机理、纳米结构和性质的影响。同时，在固/液界面，研究了共轭骨架长度、取代柔性链结构、共轭体系引入卤素原子（卤键）等对苝酰亚胺衍生物的二维自组装行为的影响。基于前期研究基础上，设计一系列单键相连共轭平面的稠环芳酰亚胺分子，主要研究溶液体系非平面分子的二维界面自组装行为。研究发现非平面共轭分子可在表面组装形成长程有序二维结构。进一步研究上述非平面n-型半导体分子与p-型有机分子的共组装行为，初步研究发现n-型/p-型分子共组装的可行性。上述系列研究为揭示n型稠环芳香体系的界面组装机制与规律提供研究基础，在有机半导体器件与材料研究中具有重要意义。