硅集成有机骨架薄膜的合成

由NIMS领导的包括分子科学研究所(IMS)和芬兰阿尔托大学在内的国际研究团队成功在金属表面合成了二维硅集成共价有机骨架(COF)薄膜。这种纳米结构是通过使用一种新颖的表面化学反应连接分子和硅原子而获得的。这种合成技术可能适用于以自下而上的方式开发新材料。

具有纳米级孔隙的COF薄膜具有广泛的潜在应用，从电池材料到催化剂和能够分离小分子的材料。将这些能力赋予COF薄膜需要用其他化学元素(例如氮、硼和硅)替代分子薄膜中的特定碳原子。

硅对于这些替代物具有一些有利的特性：它是地壳中第二丰富的化学元素(按重量计)，克拉克数为25.8%，它是元素周期表中的第14族元素(与碳一样)及其化学和物理性质与任何其他化学元素相比，它的特性更类似于碳。

尝试开发一种在COF薄膜中用硅替代碳的方法没有成功，部分原因是硅是一种无机材料，因此很少用于合成有机材料，包括COF薄膜。

近年来，人们做出了重大努力来开发表面合成技术，通过使有机小分子在这些表面上发生化学反应，在金属固体表面形成碳薄膜和COF薄膜。

该研究团队开发了一种新的分子合成技术，通过让分子与沉积在金基板(111)表面上的硅反应，将硅原子整合到有机小分子中，而不是使用传统的有机合成将它们引入分子中方法。利用该技术，该团队首次成功合成了硅集成的COF薄膜(即碳纳米薄膜)。

该技术可用于合成具有不同物理性质的各种类型的碳薄膜，包括那些含有较重的第14族元素(即锗和锡)的薄膜。该团队计划进一步改进表面合成技术，使其可用于合成具有适合下一代电子产品开发特性的碳纳米薄膜。