日本ゼオライト学会 刊行物 Publication of Japan Zeolite Association

ISSN: 0918–7774
一般社団法人日本ゼオライト学会 Japan Zeolite Association
〒162-0801 東京都新宿区山吹町358-5 アカデミーセンター Japan Zeolite Association Academy Center, 358-5 Yamabuki-cho, Shinju-ku, Tokyo 162-0801, Japan
Zeolite 42(2): 54-62 (2025)
doi:10.20731/zeoraito.42.2.54

解説解説

電解発生酸を利用したイミン系共有結合性有機構造体の制御合成と応用Controlled Synthesis and Application of Covalent Organic Frameworks via an Electrogenerated Acid-Driven Approach at the Electrode/Electrolyte Interface

東京科学大学物質理工学院応用化学系Department of Chemical Science and Engineering, School of Materials and Chemical Technology, Institute of Science Tokyo ◇ 〒226–8501 神奈川県横浜市緑区長津田町4259

受理日:2025年2月11日Accepted: February 11, 2025
発行日:2025年4月15日Published: April 15, 2025
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共有結合性有機構造体(COF)は,高対称性のモノマーからなる規則性細孔を持つ多孔性材料である。既知のCOF薄膜の合成法は,煩雑な低濃度長時間条件が要求されるため,短時間で制御性の良い薄膜化法が希求されている。本研究では,電解発生酸(EGA)を触媒として利用したイミン系COFの間接電解合成法を提案した。EGAは,電気化学反応により電極表面に局所的に生成するため,表面近傍においてイミン結合の形成を促進する。ジフェニルヒドラジンをEGA源とし,多官能性アミンモノマーとアルデヒドモノマーとの共存下電解することで,イミン系COFを電極表面に常温短時間で合成することに成功した。得られたCOF薄膜は結晶性や多孔性を有しており,また多様なイミン系COFに本手法は適用可能であった。このCOF薄膜の応用例として,撥水性のコーティングに利用可能であることを示した。短時間の電解により得られるスポンジ構造を持つ薄膜は,超撥水性を発現した。また,本手法によりCOFをシングルナノメートルスケールで形成したCOF/ナノカーボン複合体を作製した。このCOF/カーボン複合体電極は有機酸素還元電極触媒として高い活性を示した。本手法は,COF薄膜の電気化学的な応用を加速することが期待される。

Covalent organic frameworks (COFs) are porous materials with ordered pores composed of highly symmetrical units. Since conventional methods for synthesizing COF thin films typically require complex, low-concentration, and time-consuming conditions, the development of a rapid and controllable film fabrication technique garners attention. In this study, we propose an indirect electrochemical synthesis method for imine-based COFs using electrogenerated acid (EGA) as a catalyst. EGAs are locally generated on the electrode surface through electrochemical reactions, promoting imine bond formation at the neighboring electrode surface. By employing 1,2-diphenylhydrazine as the EGA source and conducting electrolysis in the presence of multifunctional amines and aldehyde monomers, we successfully synthesized imine-based COFs on the electrode surface at room temperature within a short time. The resulting COF thin films exhibited crystallinity and porosity, and this method was applicable to various imine-based COFs. As an application of the resultant materials, the COF thin films demonstrated their potential for hydrophobic coatings. The COF thin films with sponge-like structures obtained by short-duration electrolysis showed superhydrophobic properties. Furthermore, this method enabled the fabrication of COF/nanocarbon composites with a single-nanometer-scale COF layer. The COF/nanocarbon composite electrodes displayed improved activity as organic oxygen reduction catalysts. This method is expected to accelerate the electrochemical applications of COF thin films.

キーワード:共有結合性有機構造体;イミン結合;多孔性材料;電解発生酸;機能性薄膜

Key words: covalent organic frameworks; imine bonds; porous materials; electrogenerated acid; functional thin film

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