陈建毅研究员、董际臣研究员、刘云圻院士，Angew观点：近平衡生长化学稳定的共价有机框架-还原氧化石墨烯杂化材料用于催化析氢反应

文章信息

近平衡生长化学稳定的共价有机框架-还原氧化石墨烯杂化材料用于催化析氢反应

第一作者：白一超

通讯作者：陈建毅*，董际臣*，刘云圻*

单位：中国科学院化学研究所

研究背景

共价有机框架（COFs）材料作为一种新型的有机多孔材料，因其固有的孔隙率和高稳定性而引起广泛关注。在相对温和的条件下合成COFs, 并其应用于催化和储能领域具有非常重要的意义。

本篇通过近平衡液相生长法，在非常低的单体浓度下，通过邻二胺和邻二酮之间的自发缩聚，合成了化学稳定的吡嗪融合的二维BPT-COF 和PT-COF材料。该方法允许组装COFs和COF-GO杂化材料，并通过真空过滤方法，在任意基底上组装均匀的导电膜。

当用作电催化剂时，所制备的电极表现出高效的催化析氢 (HER)性能，仅需45 mV的过电位就能达到10 mA cm–2的催化电流密度，高于目前报道的非金属性催化剂的性能。这项工作为制备高度 π 共轭 的COFs 提供了一种新方法。

文章简介

本文中，中国科学院化学研究所陈建毅研究员、董际臣研究员、刘云圻院士团队，在国际知名期刊Angew. Chem. Int. Ed. 上发表题为“Near-Equilibrium Growth of Chemically Stable Covalent Organic Frameworks-Graphene Oxide Hybrid Materials for the Hydrogen Evolution Reaction”的观点文章。

该观点文章在温和的条件下制备出化学稳定的COFs和COF-GO复合材料，并且表现出高效的HER催化性能。

图1. 通过溶剂热法和液相合成法构建 COFs 的示意图

本文要点

要点一：新的COFs制备方法

大多数COFs是通过溶剂热反应合成的，需要在惰性气氛下连续加热，将片状聚合物在苛刻的条件下转化成具有晶型结构的有机框架材料，所需反应时间长，进而限制了它们的应用。本篇通过液相合成方法，在非常低的单体浓度下，近平衡生长出高度共轭的稳定的BPT-COF和PT-COF材料。该过程在室温下的开放系统中进行，操作简单，易于控制。

要点二：可控薄膜制备

不同于传统的 COFs 电极制备方法（引入聚合物粘合剂以增强 COF 粉末之间的附着力），本篇采用真空过滤方法制备厚度可控的大面积的COF和COF-rGO导电薄膜。本文报道的COF 合成工艺和成膜方法可以实现 BPT-COF 与氧化石墨烯 (GO) 之间的共价键合，并且在退火后进一步形成三维（3D）导电网络，有利于电荷传输，实现广泛应用。

要点三：性能突破

BPT-COF-rGO 杂化薄膜不仅为HER反应提供了丰富的N活性位点，而且还具有用于电子和质子转移的导电 COF-rGO 网络。当用作 HER 催化剂时，BPT-COF-rGO 杂化材料表现出接近 金属铂（Pt ）的活性，仅需 45 mV 的过电位就能达到10 mA cm–2的催化电流密度，远优于报道的无金属性催化剂，也可与一些金属基催化剂相媲美。此外，本篇通过计算，建立理论模型，评估了高催化性能的内在机制。

文章链接

Near-Equilibrium Growth of Chemically Stable Covalent Organic Frameworks-Graphene Oxide Hybrid Materials for the Hydrogen Evolution Reaction

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202113067

通讯作者简介

陈建毅 研究员

陈建毅研究员简介：致力于石墨烯、金属-有机框架材料（MOF）和共价有机框架材料（COF）等二维纳米材料的可控制备和光电性能研究。目前已在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.，Adv. Mater.等国际期刊上发表研究论文40余篇。他引2700余次。

董际臣 研究员

董际臣研究员简介：致力于二维纳米材料单晶的生长动力学、二维晶粒融合机制、大尺寸单晶二维纳米材料制备及低维纳米材料的力学及电学行为等方面开展了系统深入的工作，取得了系列重要进展。自2010年以来共发表SCI收录论文33篇，其中第一作者和通讯作者15篇，包括Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed. Engl.，Adv. Mater.，ACS nano, Chem. Sci.，NPG Asia Materials，Nano Res.，Nanoscale，Nano Energy，Phys. Rev. Materials，J. Phys. Chem. C等; 以理论合作者身份与实验组共同发表高水平论文，包括Science两篇, Nature一篇, Nature Nanotech.一篇等。全部论文近年总引用近900次，他引860余次。

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。主要研究领域包括二维材料（石墨烯、BN薄膜、TMD、二维MOF、COF薄膜等）的制备及表征、分子材料的设计与合成、有机/聚合物材料发光二极管、有机场效应晶体管和气体传感器等。目前已 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4万余次，h因子大于100，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。2007，2016，2019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。2014-2020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、中科院化学所有机固体专业委员会副主任，和担任Scientific Reports, Nanoscale, Flexible Printed Electronics，ACS Materials Letter等6种期刊的编委/顾问委员会成员。