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虚谷纳物 7个月前 (05-09) 1360浏览

一、【科学背景】

二维共价有机框架（COFs）是由有机节点和连接剂通过共价键连接而成的周期性多孔二维聚合物。通常可用于制备不连续薄膜和具有非晶材料晶体域的部分结晶薄膜。国内外通常使用小分子表面活性剂或线性聚合物辅助合成方法在水面制备多晶COFs薄膜，后者制备的薄膜平均单晶域较大。但该类薄膜在压力作用下很脆弱，容易破裂，裂纹沿晶界扩展严重。相反，由线性聚合物纠缠形成的非晶态材料可表现出坚韧甚至弹性的力学性能。多晶材料的性能往往由缺陷主导，二维(2D)晶体甚至可以被一条线缺陷分割和破坏。相比之下，二维晶体通常需要加工成薄膜，这不可避免地是多晶的，包含许多晶界，因此脆性大，阻碍了在柔性电子，光电子和分离中的应用。如何解决二维晶体薄膜脆性大，成为重大的国际难题。

二、【创新成果】

近日，来自中山大学的郑志坤科研团队提出使用线性小分子作为牺牲媒介来指导二维COFs的聚合和结晶，在水面上创建高结晶但有弹性薄膜的结构设计理念。具体是选择亚胺连接的二维COFs作中间体，利用它们比芳香四胺节点具有更高反应活性的特点促进COFs在晶界处的相邻结构域缠绕，制备出由单晶结构域组成的二维共价有机框架(COFs)在水表面由交织的晶界连接。从而生产出了高强度，坚韧和弹性薄膜的一种新兴的二维晶体-二维共价有机框架(COFs)组成的多晶薄膜。新制备的2DCOFs晶体的杨氏模量和断裂强度分别为56.7±7.4 GPa和73.4±11.6 GPa, 82.2±9.1 N/m和29.5±7.2 N/m，极大提高了该类薄膜的力学性能。相关成果以“Elastic films of single-crystal two-dimensional covalent organic frameworks”为题于2024年05月08日发表在Nature上。