清华&中山大学NC：微等离子体电化学，室温下几分钟内合成COFs

传统的 COFs 合成方法主要依赖于溶剂热法，该方法需要高温（≥ 120 ° C ）和较长的反应时间（ >72 小时）。这是因为大部分能量被试剂和溶剂消耗，而不是用于激活化学键。此外，封闭体系和有毒有机溶剂的使用也带来了挑战，促使研究人员寻找新的策略，以在室温和常压下快速合成 COFs 。为了解决这些问题，研究人员已经探索了几种室温合成方法，如溶液悬浮法和机械化学合成法。然而，这些方法仍然存在一些局限性，如反应时间长、需要特定的构建单体或结晶度低等。

低温等离子体具有操作简单、环境友好、反应环境非平衡等优点，在温和条件下尤其是室温和大气压下合成先进材料方面受到了广泛关注。近年来，基于直流辉光放电的微等离子体电化学（ MIPEC ）技术也已应用于材料合成，其采用微等离子体作为气体电极，操作于溶液表面。它结合了微等离子体和电化学的优点 ^， 促进电荷向溶液转移，并在温和条件下产生高能活性物质。 MIPEC 的一个显著优势是它依赖于紧凑、用户友好且经济高效的设备，使其特别适合实验室规模的材料合成和筛选。因此， MIPEC 方法取得了重大突破，例如金属或金属氧化物纳米颗粒、碳点、多酚和金属有机骨架 (MOF) ，显示出其在 COF 合成中的潜力。

清华大学陆跃翔副教授、王哲副研究员、中山大学熊孝根副教授等研究人员 提出了一种简单、快速的室温下组装 COFs 的方法， MIPEC 法。与溶剂热法相比，得到的 COFs 具有更好的结晶性，且 MIPEC 方法的能量消耗 降低了 5 个数量级 ，时空产率 提高了 3 个数量级 。此外， MIPEC 是一种多功能方法，在环境条件下， 不到 10 分钟 就实现了 8 种柔性亚胺键 COFs 和 5 种具有不同键类型的 COFs ，例如刚性亚胺、腙、 β- 酮烯胺和吖嗪键，并且具有高比表面积。此外，采用 MIPEC 法在乙酸水溶液中合成了 4 种亚胺基 COFs ，避免了使用有害有机溶剂。所制备的 COF 表现出优异的挥发性碘吸附性能，而 MIPEC 策略为筛选用于放射性碘吸附的 COF 提供了一种快速合成方法。 MIPEC 策略快速、简便、绿色、通用，材料性能得到提高，有望成为快速发现和筛选先进 COF 的良好方法。

相关研究成果2025年3月15日以“ General synthesis of covalent organic frameworks under ambient condition within minutes via microplasma electrochemistry approach ”为题发表在 Nature Communications 上。

快速合成共价有机框架（ COFs ）的方法 ：开发了一种基于微等离子体电化学（ MIPEC ）的策略，能够在常温常压下快速合成高结晶度的 COFs ，反应时间仅需几分钟，比传统的溶剂热法快 1000 倍以上。

高结晶度和高比表面积的 COFs ：通过 MIPEC 方法合成的 COFs 具有更高的结晶度和比表面积，例如 MP-COF-1 的比表面积达到 1457 m ² g ^-1 ，高于传统方法合成的同类 COFs 。

绿色环保的合成过程 ： MIPEC 方法避免了传统合成中有机溶剂的使用，部分 COFs 可在水相中合成，减少了环境污染。

广泛的适用性和多样性 ： MIPEC 方法不仅适用于柔性亚胺键 COFs 的合成，还成功制备了具有刚性亚胺、腙、 β- 酮烯胺和嗪等不同连接方式的 COFs 。

高效的碘吸附性能 ：合成的 COFs 在挥发性碘吸附方面表现出优异性能，特别是 MP-COF-10 的碘吸附容量达到 6.52 g g ^-1 ，显著高于其他报道的 COFs 。

图 1.MIPEC 合成 COF

图 2.MP-COF-1 的合成路线及表征

图 3. 不同条件下 MP-COF-1 的合成

图 4.MP-COF-2 至 MP-COF-5 的化学分子结构和 PXRD 图案

图 5.MP-COF-6 至 MP-COF-8 的化学分子结构和 PXRD 图案

图 6.MP-COF-9 至 MP-COF-13 的化学分子结构和 PXRD 图案

图 7.MIPEC 法合成 MP-COF-1 的机理

图 8.MP-COF-14 至 MP-COF-17 的化学分子结构和 PXRD 图案

图 9.MP-COF 的碘吸附性能及筛选