近日，青岛科技大学赵英杰教授团队的AMR述评文章“Crystallinity-Oriented Synthetic Approaches to Organic 2D Polymer Networks”在线发表。文章主要总结了晶态有机二维聚合物材料的合成方法。突出强调了溶液相合成、界面合成和固相合成三种策略的一些研究进展，并比较了每种策略在结晶度控制和功能化兼容性方面的优势和差异。

关键词：二维聚合物网络；共价有机框架；自组装；界面合成；拓扑化学

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文章内容简介

自石墨烯发现并兴起以来，具有规整二维网络结构的聚合物材料备受关注。这类材料凭借其在二维平面内的长程有序拓扑结构，展现出显著且独特的各向异性物理化学特征。在能源存储、电子器件、催化及分离材料等领域展现出巨大潜力。然而，与无机二维材料相比，晶态有机二维聚合物的研究仍处于初级阶段，其合成仍面临严峻挑战。传统有机聚合方法受限于复杂的反应动力学与热力学过程，常导致产物呈现非晶或多晶形态，难以实现原子级精确的单晶二维结构的构筑。因此，发展新型合成策略以精准构建晶态有机二维聚合物网络结构，已成为当前化学与材料科学领域的前沿热点。

图1. 溶液相、界面相、晶体相制备晶态二维聚合物的示意图

在这篇述评中，我们系统总结了本课题组在晶态二维聚合物材料合成方面的研究进展，重点阐述了溶液相合成、界面合成与固态合成三种策略的设计原理与核心机制。这三种制备方法各具特色，又相互关联。溶液相合成依托动态共价化学的方法调控热力学平衡，从而获得高度有序的二维结构；界面合成利用气-液或液-液界面的限域效应降低分子运动自由度，促进二维结构定向生长；固相合成则通过拓扑化学聚合法实现单体单晶向聚合物单晶的原位转化。文章最后，进一步对比了各策略在结晶度调控与功能化兼容性方面的差异，期望为深化二维聚合物合成研究、推动该新兴领域发展提供理论依据。

02

AMR：您选择该领域的初心是？

赵英杰教授：

传统的线性聚合物从分子层面上来讲都是一维结构，这种已经出现了一百多年的材料彻底改变了人类世界。我们不禁思索，能不能把传统线性聚合物的一维结构“升级”为二维结构呢？石墨烯的独特二维结构证实的这个想法，而且，其二维结构带来的非凡特性着实令人神往。所以，我们能不能通过有机合成的手段在实验室合成出来这样的新型的“二维”聚合物材料，并且还能够随心所欲地改变它的构筑单体，发现这种材料更加非凡的特性。带着这个问题，我投身到了这一领域。

03

AMR：您对这个领域的发展有何愿景？

作者团队：

还是希望能够突破大尺寸单晶的制备限制。二维方向的聚合和传统的一维方向聚合相比，最大的挑战是如何控制聚合产物的有序性。与一维方向聚合不同，在二维方向上的面内聚合非常容易出现无序和混乱，这是我们最不愿看到的结果。如果能够准确地控制单体在多个方向上长程有序的聚合，实现大尺寸单晶二维聚合物材料的制备，并且制备方法对于有机反应、单体结构都具有良好的包容性，获得多样化结构的大单晶样品，这样才能真正对于这种新型材料的二维的结构优势进行研究，真正带我们走进这个奇妙的二维世界。

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AMR：请和大家分享一下这个领域可能会出现的研究机会！

作者团队：

这个领域目前已经取得了一些研究进展，但还有很多问题需要解决。比如：用来构筑全共轭二维结构的聚合方式能不能实现大单晶制备？能不能实现像石墨烯那样单层剥离，获得大尺寸的单层样品？如何把这些原子级别的精准孔充分运用起来？当然还有绝大多数人关注的，能不能把这种材料推到产业上？总之，研究机会存在于要充分利用这种独特二维结构所带来独特优势。

作者团队简介

赵英杰，2011年毕业于中国科学院化学研究所，获有机化学博士学位。随后留学瑞士，先后在日内瓦大学，苏黎世联邦理工学院从事博士后研究。现为青岛科技大学高分子学院教授，博士生导师。主要研究方向为晶态有机多孔材料和超分子化学。

刘辉，2021年在青岛科技大学获得博士学位，师从赵英杰教授。2023年加入青岛科技大学高分子学院，目前为特聘副教授。主要研究方向为晶态有机多孔材料。

课题组合影

课题组网站：https://yz.qust.edu.cn/

扫码阅读赵英杰教授团队的精彩Account文章：

Crystallinity-Oriented Synthetic Approaches to Organic 2D Polymer Networks

Hui Liu and Yingjie Zhao*

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.5c00064

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