二維聚合物晶體最終被確認存在

譯海擷英

二維聚合物晶體最終被確認存在

兩支分別由瑞士聯邦理工學院（ETH）的A.Dieter Schluter和內華達州立大學雷諾分校的Benjamin T.King所帶領的團隊將有機單晶混合，合成了大尺寸二維聚合物單晶并且首次確認了它們的結構。科學家認為這項工作在二維聚合晶體合成領域是一個里程碑式的發展，將來這種單晶可能會作為石墨烯的補充，應用于分離和非線性光學。

由于具有天然形成的碳原子二維網絡結構，石墨烯作為一種非常有潛力的分子電子材料，已經吸引了相當多的關注。最近，在此類天然材料研究領域所取得的成功激發了人們極大的興趣，發展出具有不同特定性能的合成聚合物版本。

最近，研究人員采用不同方式合成了若干二維聚合物晶體，但是，科學家們還沒有獲得能證明這些物質結構的確鑿證據，因為一直無法合成能夠進行X射線衍射分析的大尺寸單晶二維聚合物?，F在這兩支團隊幾乎同時達到該目標。

康奈爾大學的William Dichtel是一名共價有機骨架二維聚合物方面的專家，他認為上述成果是該研究領域的一大進步，X射線衍射結構有助于人們從根本上了解二維聚合。他指出，新的二維聚合物晶體中功能基團的有序排列以及尺寸均等的微孔預示著他們廣闊的應用前景。

Schluter和King帶領的團隊之前都曾合成出二維聚合物晶體，但是，這些晶體在聚合過程中發生的一些結構上的改變導致無法滿足X射線衍射條件的要求，而且晶體的產量僅在毫克范圍內。新的合成以單晶為原料，它們在聚合過程中保持結構完整，因而，兩個團隊能夠得到產物的X射線衍射結構，同時產量可以以克計。

兩支團隊從不同的單晶出發，但每種單晶都包含三個蒽的結構。在合成過程中，以紫外光誘導光致聚合反應，使蒽二聚，促使單晶結合形成二維聚合物晶體。最終產物呈多層狀，但可以通過溶劑化處理使它們脫落成更小的多層聚集體或者納米尺度的單層片材。

Schluter及其同事表明該聚合反應是可逆的。“聚合和解聚過程中產生的巨大的結構變化，證明這種結構轉變能力是非凡的、空前的，”研究人員如此評價道。

來自加拿大魁北克省國家科學研究院的有機納米材料專家Federico Rosei認為，該領域未來的一個發展方向是在改變結構以調節材料性能的同時，研究如何保持二維聚合物晶體內部的有序性。

Schluter和他的同事對晶體薄片在非線性光學領域的應用深感興趣，而King所在的小組則正在嘗試將這些物質應用于脫鹽及其他分離技術。

納米材料學家Neil R. Champness在《自然·化學》上對此發表評論：二維聚合物晶體的特性所預示的廣闊前景受到化學家和材料學家的一致認可，毫無疑問，該領域將不斷發展壯大。