共价有机框架显示出高效能源运输的巨大潜力

来自LMU、慕尼黑工业大学（TUM）和牛津大学的一个跨学科研究小组采用了新的光谱技术来研究共价有机框架（COF）中激发态的扩散

这些模块化材料可以通过有针对性地选择其组件来适应所需的性能，从而提供广泛的应用。这项研究揭示了这些晶体半导体材料如何有效地传输能量，这对未来的光电应用，如可持续光伏系统和有机发光二极管（OLED），是一个决定性的进步

发表在《美国化学学会杂志》上的这项研究的核心是高度结晶、多孔材料的COF薄膜。通过使用最先进的时空技术，如光致发光显微镜和太赫兹光谱，结合理论模拟，该团队揭示了非常高的扩散系数和数百纳米的扩散长度

“因此，这些薄膜明显超过了类似有机材料的已知能量传输能力，”LMU物理化学和功能纳米材料主席的博士生Laura Spies说

“能量传输非常有效，即使在晶界等结构缺陷上也是如此，”物理化学和纳米光学小组的前博士生、该研究的第二位共同主要作者Alexander Biewald博士补充道

温度分析为潜在机制提供了进一步的见解。该研究的合著者Frank Ortmann教授解释说：“结果表明，相干和非相干输运过程都在起作用。”

当运动波以有序的方式发生，在长距离内不受干扰，允许快速和低损耗的能量传递时，相干性就适用了。相比之下，非相干过程的特点是无序、随机的运动，这需要热激活，而且效率往往较低

这些见解大大有助于我们理解COF中的能量传输，并展示了晶体中的分子结构和组织如何影响这些过程

该研究的通讯作者Achim Hartschuh教授和Thomas Bein教授说：“我们的工作强调了具有合成、实验分析和理论建模专业知识的研究人员的跨学科和国际合作对于此类研究的成功是多么重要。”

研究结果为光催化和光电（如光伏）中可持续有机材料的发展开辟了新的前景 More information: Laura Spies et al, Spatiotemporal Spectroscopy of Fast Excited-State Diffusion in 2D Covalent Organic Framework Thin Films, Journal of the American Chemical Society (2025). DOI: 10.1021/jacs.4c13129

Journal information: Journal of the American Chemical Society