科研进展

       近日，物理科学与技术学院何云教授、唐妍梅副教授、梁晓光副教授团队，利用物理热蒸发技术，首次在锌衬底上原位无溶剂合成了三维共价有机框架（3D COFs）薄膜，使得3D COFs能够更好地应用于电池器件领域。该研究成果以 Solvent-Free and In Situ Synthesis of Three-Dimensional Covalent Organic Frameworks Thin Films on Zn Anodes for Zn–Air Batteries 为题发表于Applied Surface Science （中科院SCI分区一区，影响因子：7.392）。我校为论文完成第一单位，第一作者为我校在读硕士梅志巍同学。

研究内容：

图1. 物理热蒸发技术制备3D COFs示意图。

       共价有机框架是由两个或三个单体共价连接而成的结晶多孔聚合物。相比二维共价有机框架（2D COFs）,3D COFs具有比表面积高、密度低、开放位点多、拓扑结构可设计等优点。因此，3D COFs在气体/离子选择性、催化、储能、传感器、生物医学等领域得到广泛应用。目前，利用化学方法制备的3D COFs呈粉末状晶体结构，这使得3D COFs在器件上的应用受到了限制。因此，开发新技术合成3D COFs薄膜是该领域的研究热点之一。为此，物理科学与技术学院何云教授研究团队利用物理热蒸发技术，实现了在锌衬底上无溶剂原位合成3D COFs薄膜（图1）。

图2. 3D COFs薄膜表面形貌表征。

       实验结果表明，通过物理热蒸发技术可精确控制合成的3D COFs薄膜厚度、且薄膜表面平滑致密、结晶度较高（图2）。

图3. 阳极负载有3D COFs薄膜的锌空气电池性能展示

       由于采用的是无溶剂原位合成技术，3D COFs薄膜与锌电极界面电阻较小。同时，3D COFs现出较高的氢氧根离子运输能力和对锌枝晶的抑制作用。因此，组装的水系锌空气电池和柔性锌空气电池均表现出了优异性能（图3）。该研究受到了国家自然科学基金和广西自然科学基金的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.156324