共價(jià)有機(jī)框架（COFs）憑借優(yōu)異的物理化學(xué)穩(wěn)定性、靈活的分子可設(shè)計(jì)性及可調(diào)諧的多孔結(jié)構(gòu)特征，在能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用潛力。然而，通過精準(zhǔn)調(diào)控分子構(gòu)型實(shí)現(xiàn)材料性能的定向優(yōu)化，仍是制約該類材料突破應(yīng)用瓶頸的重大挑戰(zhàn)。湘潭大學(xué)陽梅/劉備聯(lián)合北京化工邱介山教授提出基于分子互變異構(gòu)的創(chuàng)新調(diào)控策略，通過誘導(dǎo)三聚氰酸單體在酮式與醇式構(gòu)型間的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)同源異構(gòu)體（Ton-COF與Tol-COF）的結(jié)構(gòu)差異化構(gòu)建，進(jìn)而賦予二者明確的功能優(yōu)勢：Ton-COF的高比電容與能量密度、Tol-COF的優(yōu)異倍率性能與循環(huán)穩(wěn)定性，可定向匹配超級電容器不同應(yīng)用場景的需求。

通過改變合成過程中使用溶劑的介電常數(shù)，可以獲得兩種同源異構(gòu)（化學(xué)組成相同，分子結(jié)構(gòu)不同）的三嗪基COFs（Ton-COF和Tol-COF）。因Ton-COF富含對氧化還原活性電解質(zhì)響應(yīng)性更強(qiáng)的活性位點(diǎn)（C=O基團(tuán)和三嗪基團(tuán)），所組裝的KI增強(qiáng)型超級電容器在1 A g?1電流下實(shí)現(xiàn)了5378 F g?1的高比電容和478 Wh kg?1的能量密度；而具有分級多孔結(jié)構(gòu)的Tol-COF因具有高效的離子/電子傳輸通道而表現(xiàn)出更高的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。該分子互變異構(gòu)機(jī)制可視為精準(zhǔn)調(diào)控COFs結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系的“功能轉(zhuǎn)換開關(guān)”，為從分子設(shè)計(jì)層面定向制備性能差異化的同源異構(gòu)COFs材料提供了新思路，同時(shí)為該類材料在其他領(lǐng)域的拓展應(yīng)用奠定了理論與技術(shù)支撐。

圖文解析

圖1.兩種同源異構(gòu)COFs的合成路線及結(jié)構(gòu)表征。

圖2.兩種同源異構(gòu)COFs的微觀結(jié)構(gòu)/形貌表征。

圖3.兩種同源異構(gòu)COFs的的電化學(xué)性能。

圖4.兩種同源異構(gòu)COFs吸附多碘離子行為的DFT計(jì)算。

圖5.兩種同源異構(gòu)COFs的電化學(xué)工作機(jī)理。

參考文獻(xiàn)

Xiao Chen, Si Wang, Mei Yang*, Yijiang Liu, Huaming Li, Duanguang Yang, Bei Liu*, Jieshan Qiu*, Molecular tautomerism-enabled isomerization of COFs for aqueous supercapacitors, Matter2026

https://doi.org/10.1016/j.matt.2026.102714

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