一种等离激元光热辅助COF合成方法及其复合材料与流程

本发明涉及纳米材料制备，尤其涉及一种等离激元光热辅助cof合成方法及其复合材料。

背景技术：

1、cof(共价有机框架)是一种由有机构筑单元通过强共价键连接而成的二维或三维孔隙网络结构，具有高比表面积、高孔隙率、可设计性和可功能化等优点，被广泛应用于催化、传感、吸附、分离等领域。然而，现有的cof材料的化学合成方法仍然存在一些问题：(1)合成条件苛刻，需要高温、高压或催化剂，且反应时间长、能耗大、产率低等，难以实现大规模生产；(2)合成过程中cof形貌难以控制，难以满足不同应用场景的需求。此外，cof材料的功能比较单一，缺乏与其他材料的协同作用，限制了其在相关领域的应用潜力。

2、另一方面，等离激元纳米结构是一种能够在特定波长下与光场发生共振吸收并产生局域表面电场增强和热效应的纳米材料，具有在纳米尺度调控光场和控制温度梯度等功能，被广泛应用于光电子学、光催化和光热转换等领域。然而，目前等离激元纳米结构与cof材料之间的组装方式缺乏键连，且难以形成稳定且完整的核壳结构，导致了两者之间界面效应不明显、相互作用不强、性能不优异等问题。

3、因此，如何利用等离激元纳米结构驱动cof化学合成，并高效且可控地制备出具有核壳结构和优异性能的等离激元@cof复合材料成为了本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种等离激元光热辅助cof合成方法及其复合材料，其目的之一是解决现有cof材料合成方法繁琐且cof材料功能性单一的技术问题，另一目的是解决现有等离激元纳米结构与cof材料之间的组装方式多为物理吸附或简单混合，并没有形成稳定且完整的核壳结构，导致了两者之间界面效应不明显、相互作用不强、性能不优异等技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供了一种等离激元光热辅助cof合成方法，包括以下步骤：

4、s1、将等离激元纳米结构材料旋涂在基底上得到分散良好的等离激元纳米结构；

5、s2、将分散良好的等离激元纳米结构浸润于cof合成前驱体溶液中得到样品；

6、s3、采用具有能激发等离激元纳米结构共振的频率的激光对样品进行照射，基于等离激元介导的局域热效应辅助cof在等离激元纳米结构表面生长合成，从而得到等离激元@cof复合材料。

7、进一步的，所述步骤s1中，等离激元纳米结构材料为金属、合金、重掺半导体或金属氮化物，所述等离激元纳米结构材料的尺寸为1～1000nm；所述等离激元纳米结构材料的形状为纳米球、纳米棒、纳米花、纳米星、纳米线、纳米片和纳米笼中的任意一种可支持等离激元共振的纳米结构。

8、进一步的，所述步骤s1中，等离激元纳米结构材料的表面修饰有能够与cof发生化学连接或物理吸附作用的官能基团。

9、进一步的，所述官能基团为巯基、羧基和氨基中的一种或几种。

10、进一步的，所述步骤s1中，基底为支撑衬底或tem栅网。

11、进一步的，所述步骤s2中，cof合成前驱体溶液包括有机溶剂和至少一种cof单体；所述cof单体为具有拓扑对称性的芳香结构。

12、进一步的，所述步骤s3中，能激发等离激元纳米结构共振的频率的激光为连续激光或脉冲激光；所述连续激光的功率密度为0.01～100mw/μm2，激光的波长为400～1500nm；所述脉冲激光的频率为1～1000hz，脉冲宽度为10fs～100ns。

13、进一步的，所述步骤s3中，照射的时间为1～1200min。

14、本发明提供了上述合成方法所制备的等离激元@cof复合材料。

15、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

16、(1)本发明的技术方案能够利用等离激元纳米结构的等离激元激发和衰减介导产生的局域热效应，实现常温条件下cof材料的合成，避免了传统cof合成方法中需要高温、高压、长时间或催化剂等缺点；

17、(2)本发明的技术方案通过利用等离激元结构表面等离激元共振波长匹配的激光器照射，实现了对cof合成过程的远程、精确和高效控制，可以调节cof层的结晶性、厚度和孔隙度等性能；

18、(3)本发明的技术方案能够根据需求选择不同材料、尺寸和结构的等离激元纳米结构材料，并通过改变前驱体来制备不同类型和功能的cof层；此外，通过调节激光器的波长和功率，可以调节核壳结构的厚度和形貌，并保证其结构和性能的一致性；

19、(4)本发明实现了一种简单、快速、低温、低能耗的cof化学合成方法，只需通过旋涂和等离激元共振激光照射两个步骤即可完成cof层的形成，并且可以控制等离激元共振激光照射的时间和强度来调节cof层厚度和孔隙率，相比于传统的溶剂热法、机械研磨法、微波辅助法等，具有更高的效率和更低的环境影响；

20、(5)本发明所制备的具有核壳结构的等离激元@cof复合材料，既保留了cof材料的高比表面积和多孔性，又赋予了它们等离激元结构的光学和电磁性能，且具备大规模制备的能力，在催化材料、传感材料或能源转换材料领域中具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种等离激元光热辅助cof合成方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述步骤s1中，等离激元纳米结构材料为金属、合金、重掺半导体或金属氮化物，所述等离激元纳米结构材料的尺寸为1～1000nm；所述等离激元纳米结构材料的形状为纳米球、纳米棒、纳米花、纳米星、纳米线、纳米片和纳米笼中的任意一种可支持等离激元共振的纳米结构。

3.根据权利要求1或2所述的合成方法，其特征在于，所述步骤s1中，等离激元纳米结构材料的表面修饰有能够与cof发生化学连接或物理吸附作用的官能基团。

4.根据权利要求3所述的合成方法，其特征在于，所述官能基团为巯基、羧基和氨基中的一种或几种。

5.根据权利要求4所述的合成方法，其特征在于，所述步骤s1中，基底为支撑衬底或tem栅网。

6.根据权利要求1或5所述的合成方法，其特征在于，所述步骤s2中，cof合成前驱体溶液包括有机溶剂和至少一种cof单体；所述cof单体为具有拓扑对称性的芳香结构。

7.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述步骤s3中，能激发等离激元纳米结构共振的频率的激光为连续激光或脉冲激光；所述连续激光的功率密度为0.01～100mw/μm2，激光的波长为400～1500nm；所述脉冲激光的频率为1～1000hz，脉冲宽度为10fs～100ns。

8.根据权利要求1、5或7所述的合成方法，其特征在于，所述步骤s3中，照射的时间为1～1200min。

9.权利要求1～8任一项所述合成方法所制备的等离激元@cof复合材料。

技术总结
本发明属于纳米材料制备技术领域，本发明提供了一种等离激元光热辅助COF合成方法及其复合材料。该方法主要基于等离激元共振激发介导的局域热效应来辅助COF在其表面的生长合成，进而形成稳定的等离激元@COF核壳结构。该方法能够高效、可控地在常温下制备具有先进核壳结构的等离激元@COF复合材料。通过控制等离激元材料种类、纳米结构尺寸和形状、COF前驱体的种类以及激光的功率密度和照射时长等参数，可实现等离激元@COF核壳结构的模块化、多样化可控制备。其制备的产品结合了COF和等离激元材料的性能优势，在催化、传感或能源等领域具有良好应用前景。

技术研发人员：戴庆,杨贝,李晨宇
受保护的技术使用者：国家纳米科学中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13