由于缺乏足夠的共軛三維構(gòu)建塊，開發(fā)共軛三維共價(jià)有機(jī)框架(COF)仍然是一項(xiàng)極其艱巨的任務(wù)。北京科技大學(xué)姜建壯、王康等通過8個(gè)連接的戊烯基D2h構(gòu)建塊(DMOPTP)和4個(gè)連接的方形平面接頭之間的縮合合成了兩種三維COF（命名為3D-scu-COF-1和3D-scu-COF-2）。

圖1. 3D-scu-COF的合成和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意

前一個(gè)結(jié)構(gòu)單元的三維同芳族共軛結(jié)構(gòu)與后一個(gè)連接單元的二維共軛結(jié)構(gòu)相結(jié)合，使得π電子在兩個(gè)COF的整個(gè)框架上離域，從而賦予它們3.2-3.5×10^-5 S cm^?1的優(yōu)異電導(dǎo)率。特別是，DMOPTP 的3D剛性四棱柱形狀引導(dǎo)形成雙重互穿的scu-3D拓?fù)浜透哌B通永久孔隙度，因此3D-scu-COF-1和3D-scu-COF-2分別具有2340和1602 m2 g^-1 的大BET表面積，這確保了有效的小分子存儲和傳質(zhì)特性。

圖2. 3D-scu-COF-1和3D-scu-COF-2的結(jié)構(gòu)表征

與良好的電荷傳輸特性相結(jié)合，3D-scu-COF-1和3D-scu-COF-2成為具有高容量（0.2 C時(shí)為1035-1155 mAh g^-1）鋰硫電池(LSB)有前景的硫主體材料，此外它們還具有優(yōu)異的倍率性能（5.0 C時(shí)為713–757 mA h g^–1）和出色的循環(huán)穩(wěn)定性（2.0 C下500次循環(huán)后容量保持率71–83%），超過了迄今為止報(bào)道的大多數(shù)有機(jī)LSB正極。這項(xiàng)工作將有助于促進(jìn)新興三維COFs的發(fā)展，這些材料在不同領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。

圖3. LSB的性能

Conjugated Three-Dimensional High-Connected Covalent Organic Frameworks for Lithium–Sulfur Batteries. Journal of the American Chemical Society 2022. DOI: 10.1021/jacs.2c07596