研究析氫反應（HER）催化劑用于高效產(chǎn)氫有助于緩解能源危機、實(shí)現碳達峰和碳中和的戰略目標。Pt/C被認為是高效的HER催化劑，然而，由于資源稀缺、成本高以及可能引起重金屬污染，限制了其大規模應用。因此，開(kāi)發(fā)可替代的非金屬催化劑成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。二維有機框架薄膜材料是有機化合物通過(guò)共價(jià)鍵或配位鍵形成的二維多孔網(wǎng)狀材料，具有高度有序的孔洞結構、大的比表面積和可調控的活性位點(diǎn)，在催化產(chǎn)氫、儲能、傳感等領(lǐng)域展現出良好應用前景。
在中國科學(xué)院戰略性先導科技專(zhuān)項（B類(lèi)）和國家自然科學(xué)基金委的支持下，中科院化學(xué)研究所有機固體重點(diǎn)實(shí)驗室劉云圻課題組的科研人員開(kāi)展了二維有機框架薄膜材料的可控組裝及規?；苽溲芯?，并取得系列進(jìn)展（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 2887；Adv. Mater. 2021, 33, 2007741；Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 17440）。
最近，該課題組科研人員提出了近平衡液相生長(cháng)法，在相對溫和的反應條件下，通過(guò)2,7-二-叔丁基芘-4,5,9,10-四酮 (t-BPT)， 芘-4,5,9,10-四酮（PT）與2,3,6,7,10,11-六氨基三苯六鹽酸鹽（TPHA）之間的自發(fā)反應，制備出結構穩定的高共軛的二維共價(jià)有機框架材料BPT-COF和PT-COF（如圖）。該方法避免了高溫、高壓、封管等苛刻條件，是低成本、高效制備吡嗪連接的COF的有效途徑。在此基礎上，科研人員通過(guò)原位生長(cháng)和真空過(guò)濾成膜方法，進(jìn)一步組裝了厚度可控的二維共價(jià)有機框架/石墨烯復合薄膜材料，并將其應用于析氫反應。該復合薄膜具有大量活性位點(diǎn)和優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì)，展現出高效的催化活性，在10 mA cm-2的電流密度下，過(guò)電位僅為45 mV，高于目前報道的非金屬催化劑性能，并接近20%含量的商用Pt/C性能。此外，科研人員通過(guò)理論建模解釋了高效HER催化活性的內在機理。
相關(guān)研究成果發(fā)表在A(yíng)ngewandte International Edition Chemie上。
近平衡液相法與傳統溶劑熱法制備二維有機框架材料的對比。左上圖為傳統溶劑熱法，需要高溫、高壓、封管等苛刻條件，聚合后通過(guò)長(cháng)時(shí)間晶化，形成框架材料；左下圖為近平衡液相生長(cháng)法，在稀溶液、開(kāi)放體系中直接成核、生長(cháng)，形成框架材料，室溫下制備，條件相對溫和；右圖為本工作制備BPT-COF和PT-COF兩種二維有機框架材料的示意圖
