二维聚合物晶体最终被确认存在

译海撷英

二维聚合物晶体最终被确认存在

两支分别由瑞士联邦理工学院（ETH）的A.Dieter Schluter和内华达州立大学雷诺分校的Benjamin T.King所带领的团队将有机单晶混合，合成了大尺寸二维聚合物单晶并且首次确认了它们的结构。科学家认为这项工作在二维聚合晶体合成领域是一个里程碑式的发展，将来这种单晶可能会作为石墨烯的补充，应用于分离和非线性光学。

由于具有天然形成的碳原子二维网络结构，石墨烯作为一种非常有潜力的分子电子材料，已经吸引了相当多的关注。最近，在此类天然材料研究领域所取得的成功激发了人们极大的兴趣，发展出具有不同特定性能的合成聚合物版本。

最近，研究人员采用不同方式合成了若干二维聚合物晶体，但是，科学家们还没有获得能证明这些物质结构的确凿证据，因为一直无法合成能够进行X射线衍射分析的大尺寸单晶二维聚合物。现在这两支团队几乎同时达到该目标。

康奈尔大学的William Dichtel是一名共价有机骨架二维聚合物方面的专家，他认为上述成果是该研究领域的一大进步，X射线衍射结构有助于人们从根本上了解二维聚合。他指出，新的二维聚合物晶体中功能基团的有序排列以及尺寸均等的微孔预示着他们广阔的应用前景。

Schluter和King带领的团队之前都曾合成出二维聚合物晶体，但是，这些晶体在聚合过程中发生的一些结构上的改变导致无法满足X射线衍射条件的要求，而且晶体的产量仅在毫克范围内。新的合成以单晶为原料，它们在聚合过程中保持结构完整，因而，两个团队能够得到产物的X射线衍射结构，同时产量可以以克计。

两支团队从不同的单晶出发，但每种单晶都包含三个蒽的结构。在合成过程中，以紫外光诱导光致聚合反应，使蒽二聚，促使单晶结合形成二维聚合物晶体。最终产物呈多层状，但可以通过溶剂化处理使它们脱落成更小的多层聚集体或者纳米尺度的单层片材。

Schluter及其同事表明该聚合反应是可逆的。“聚合和解聚过程中产生的巨大的结构变化，证明这种结构转变能力是非凡的、空前的，”研究人员如此评价道。

来自加拿大魁北克省国家科学研究院的有机纳米材料专家Federico Rosei认为，该领域未来的一个发展方向是在改变结构以调节材料性能的同时，研究如何保持二维聚合物晶体内部的有序性。

Schluter和他的同事对晶体薄片在非线性光学领域的应用深感兴趣，而King所在的小组则正在尝试将这些物质应用于脱盐及其他分离技术。

纳米材料学家Neil R. Champness在《自然·化学》上对此发表评论：二维聚合物晶体的特性所预示的广阔前景受到化学家和材料学家的一致认可，毫无疑问，该领域将不断发展壮大。