本文要点

研究背景：共价有机框架（COFs）作为一种结构可控的二维材料，因其高比表面积、丰富活性位点和弱层间作用力，在润滑添加剂领域具有潜力。然而，现有研究尚未系统探讨结构单元对COFs润滑性能的影响。本文提出通过引入甲氧基调控p-π共振效应，优化COFs的层状结构与电子分布，以提升其摩擦学性能。

研究亮点：本文创新性地通过甲氧基的p-π共轭效应与空间位阻协同作用，成功设计出高取向层状结构的COFs（TADM）。该结构不仅增强了材料的平面性和层间滑移能力，还通过摩擦过程中富电子氮原子与铁表面的化学键合（Fe-N键）形成稳定的润滑膜，实现了显著的抗磨减摩效果。

材料合成方法：以1,3,5-三（4-氨基苯基）苯（TAPB）为氨基单体，分别与对苯二甲醛（TPA）和2,5-二甲氧基对苯二甲醛（DMPDA）通过希夫碱反应合成了两种COFs（TATP和TADM）。反应在1,4-二氧六环溶剂中经120℃水热条件进行12小时，通过乙酸催化实现缩合，最终获得球形TATP和层状TADM。

图文导读

Figure 1. Schematic diagram of the preparation process of TATPand TADM.

Figure 2. The morphology and elements percentage of (a, b) TATP and (c, d) TADM.

Figure 3. The (a) TEM, (b, c) HRTEM and (b insert) SAED pattern of TATP. And the (d) TEM, (e, f) HRTEM and (e insert) SAED pattern of TADM. The electron cloud density images of (g) TATP and (h) TADM structural unit.

Figure 4. (a, b) FT-IR spectra, (c) Raman spectra, (d, e) PXRD pattern and (f) TGA curve of TATP and TADM.

Figure 5. XPS spectra of TATP and TADM. (a) the survey, high-resolution of (b) O 1s, (c) C 1s and (d) N1 s.

Figure 7. TATP as PAO 10 additive with different concentrations (a) Coefficient of friction curves, (b) Cross-sectional profile and (c) Net missing volume of wear tracks. 2D optical microscopic images and 3D contours of wear tracks for (d) PAO 10, (e)TATP-1, (f) TATP-3, (g) TATP-5, (h) TATP-8 and (i) TATP-10.

Figure 10. Schematic diagram of the possible lubrication mechanism

研究结果：实验表明，TADM因甲氧基诱导的高取向层状结构展现出优异的摩擦学性能。添加0.05 wt.% TADM的PAO 10基础油磨损率较纯基础油降低78.93%，显著优于TATP（37.31%）。XPS与拉曼光谱证实，TADM通过Fe-N键与摩擦副形成化学吸附膜，协同Fe3O4氧化膜和碳基转移膜，构建了稳定的固-液复合润滑体系。

研究结论：通过甲氧基的分子工程策略，成功调控了COFs的电子云分布与层状结构，赋予TADM优异的润滑性能。其抗磨机制源于层间滑移、化学吸附膜及摩擦化学反应膜的协同作用。该研究为设计高效环保润滑添加剂提供了新思路，凸显了结构调控在摩擦学材料开发中的重要性。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2025.120307