自从Caruso等人自1992年通过模板辅助策略首次开发出多壳空心球以来，微米/纳米空心结构已被广泛关注于球体、纤维、管、板、项链和立方体。近年来，花形空心微纳米结构由于具有高比表面积、低密度、高负载量等优点而备受关注，在催化、光电、储能、转换、传感器、药物输送等领域得到了广泛的应用。另一方面，共价有机骨架(COF)在功能电子器件方面显示出巨大的应用潜力。然而，目前还没有基于COFs的三维一体化空心微纳米结构的精确制作的报道。
来自南京邮电大学，西北工业大学等单位的研究人员，首次通过自模板法合成了尺寸为5-7µm、空心花瓣相互连接的二恶英COF-316一体式结构。其中的生长机制包括纳米颗粒的自组装、由内而外的奥斯特瓦尔德生长和外延生长的协同过程。由于COF-316固有的孔隙率和相互连接的中空结构，通过“内”和“外”功能化，COF-316可以均匀地与聚吡咯(PPy)复合，其中氢键相互作用提高了充放电过程中的电荷转移效率和结构稳定性。COF-316@PPy柔性透明超级电容器在3µA cm-2时的面比电容(CA)为783.6µF cm-2，并且其具有长期循环稳定性。这项工作将促进储能装置利用三维空心COF材料设计理念的研究。相关论文发表在Advanced Functional Materials。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202010306
图1.三维空心花形COF-316微结构的合成与表征
图2.空心花形COF-316微结构的形成机理和随时间变化的结构特征。
图3.COF-316@PPyTCEs的制造和表征
图4.COF-316@PPy FTSCs在ITO-PET表面的电化学表征
综上所述，本文首次采用自模板法合成了化学稳定性较高的三维空心二恶英花形COF316微结构。随时间变化的研究揭示了自组装、自内向外Ostwald生长和外延生长的协同机制。此外，COF316和PPy之间稳定的氢键相互作用显著地提高了充放电过程中的长期稳定性和离子转移速率。COF316/PPy FTSC在3µAcm-2时的CA为783.6µF cm-2，在20µAcm-2时的循环稳定性高达3400次，优于其他空心结构或低密度石墨烯氧化物超级电容器。本文的工作为三维空心COF的制备和各种具有明显结构优势的FTSC的进一步构建铺平了道路。
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