Angew. Chem. ：利用C4N量子点的官能团和边缘效应实现双模式光发射并助力锂硫电池快速的氧化还原转化

以g-C₃N₄为代表的一类碳氮聚合物，由于其单体种类丰富，聚合方式多样化，结构可设计性强，功能易于调节等优势成为光电、催化、能量转换与存储等众多领域的研究热点。在不同化学计量比的碳氮聚合物中，C₄N作为一种新兴的二维层状碳氮聚合物，具有强的金属螯合能力、窄的禁带宽度、高的离子电导率等特点，引起了研究者们极大的兴趣。然而，关于C₄N的研究主要集中在C₄N的块体材料。C₄N材料在水和有机溶剂中较差的分散性一方面限制了它的加工和应用，另一方面阻碍了其优异本征特性的充分挖掘。

近日，中山大学余丁山教授课题组通过自上而下的方法首次将类共价有机框架材料C₄N制备成水溶性量子点（C₄NQDs），并利用量子点的官能团和边缘效应，通过功能性复合实现了双模式光发射和锂硫电池快速氧化还原转化，挖掘了其作为光学加密墨水和多硫化物催化剂的应用潜力。

制备而成的C₄NQDs具有2.2 nm的超小尺寸、丰富的边缘位点和羰基官能团以及良好溶液加工性能。将C₄NQDs和聚乙烯醇（PVA）复合制备的薄膜不仅保留了C₄NQDs自身的荧光性质，还通过PVA链段内大量的羟基与C₄NQDs边缘丰富的官能团形成的氢键网络赋予了薄膜颜色可调的室温磷光性质，并利用相应的复合材料溶液作为一种新型的加密墨水实现了双模式的光学信息加密。

理论计算和实验研究表明，C₄N对多硫化物具有边缘选择性的吸附和催化作用，并且羰基官能团与边缘位点的协同作用可以进一步提升催化能力。利用量子点特有的边缘和官能团效应，将C₄NQDs与碳纳米管复合作为锂硫电池隔膜的修饰层，可以有效抑制多硫化物的“穿梭效应”，促进锂硫电池快速的氧化还原转化。组装而成的锂硫电池展现出了优异的循环稳定性（1.0 C下循环800次后容量剩余506 mAh g^-1）、出色的倍率性能（6.0 C下可达763 mAh g^-1）以及高的面积容量（7.2 mg cm^-2的面积载量下可达5.8 mAh cm^-2）。

本工作不仅制备了一类新型的聚合物量子点及其功能复合材料，还拓展了C₄N材料在防伪、光学加密、能量存储与转化等领域中的应用。此外，这项工作也为用于Li-S电池的功能隔膜和多硫化物催化剂的设计提供了新思路。

论文信息：

Cutting COF-like C₄N into Colloidal Quantum Dots toward Optical Encryption and Bidirectional Sulfur Chemistry via Functional Group and Edge Effects

Chenhao Shu, Long Fang, Meijia Yang, Linfeng Zhong, Xiaochuan Chen, Dingshan Yu

文章的第一作者是中山大学的硕士研究生舒晨浩和博士研究生房龙

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202114182