研究亮点：本研究成功制备了共价有机框架纳米材料（CONs），并展示了其在能带工程方面的应用，通过与钢表面铁氧化物/过氧化物的能级匹配，构建了Z型异质结结构，实现了内部电场的产生，进而生成了具有优异润滑性能的超薄润滑膜。这一发现将激励该技术利用钢材料的内在表面性质来开发润滑剂添加剂或调节摩擦学行为。

研究背景：

1、随着对机械装备动力输出要求的提高，齿轮常在边界或混合润滑状态下工作，因此，在摩擦表面形成坚固且耐用的润滑膜变得至关重要。

2、润滑添加剂作为润滑介质的核心，对形成润滑膜起着决定性作用，其成分、活性和结构直接影响润滑膜的机械强度和润滑性能。

3、从物理学的角度来看，在摩擦界面处形成润滑膜的过程实际上是来自 2D 添加剂和基材的原子/离子之间的1种相互作用，本质上涉及电子的转移和/或共享。因此，寻找合适的 2D 纳米材料来揭示控制润滑膜形成和性能的因素，并建立微观和宏观之间的关系，对于理解润滑机制和积极控制摩擦学行为非常重要。

研究思路：

本研究通过精心筛选受体和给体分子，通过酰亚胺键制备了由3个经过充分筛选的受体和1个供体组成的共价有机框架纳米材料（CONs），以探索它们的润滑性能。研究了CONs与钢基材表面的铁氧化物/过氧化物之间的能级匹配，以及由此产生的Z型异质结结构。在摩擦过程中，内部电场的产生驱动了自由原子/离子物种进入CONs孔隙并固定，形成了固定润滑层，同时吸引自由CONs形成易剪切润滑层，构建了具有双层结构的润滑膜。

主要结论：

1、CONs与钢基材表面的铁氧化物/过氧化物之间的能级匹配，形成了Z型异质结结构，这一结构在摩擦过程中产生了内部电场。

2、内部电场驱动自由原子/离子物种进入CONs孔隙并固定，形成固定润滑层；同时吸引自由CONs形成易剪切润滑层，产生具有双层结构的润滑膜。

3、尽管润滑膜厚度仅为十几纳米，但其展现出的减摩和抗磨性能令人印象深刻，为设计和开发基于钢材料内在表面特性的润滑添加剂提供了新的视角。

文章信息：

1、Hongyang Wang, Bo Zhao, Rui Dong, Ping Wen, Mingjin Fan. Covalent-Organic Framework Nanomaterials: Energy Band Engineering Generating Ultrathin Lubrication Films for Excellent Lubrication[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2024, DOI: 10.1021/acsami.4c11808.

https://doi.org/10.1021/acsami.4c11808

2、作者团队来自宝鸡文理学院化学与化学工程学院。