二維聚合物晶體最終被確認(rèn)存在

譯海擷英

二維聚合物晶體最終被確認(rèn)存在

兩支分別由瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH）的A.Dieter Schluter和內(nèi)華達(dá)州立大學(xué)雷諾分校的Benjamin T.King所帶領(lǐng)的團(tuán)隊將有機(jī)單晶混合，合成了大尺寸二維聚合物單晶并且首次確認(rèn)了它們的結(jié)構(gòu)?？茖W(xué)家認(rèn)為這項工作在二維聚合晶體合成領(lǐng)域是一個里程碑式的發(fā)展，將來這種單晶可能會作為石墨烯的補充，應(yīng)用于分離和非線性光學(xué)。

由于具有天然形成的碳原子二維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，石墨烯作為一種非常有潛力的分子電子材料，已經(jīng)吸引了相當(dāng)多的關(guān)注。最近，在此類天然材料研究領(lǐng)域所取得的成功激發(fā)了人們極大的興趣，發(fā)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(xué)家們還沒有獲得能證明這些物質(zhì)結(jié)構(gòu)的確鑿證據(jù)，因為一直無法合成能夠進(jìn)行X射線衍射分析的大尺寸單晶二維聚合物?，F(xiàn)在這兩支團(tuán)隊幾乎同時達(dá)到該目標(biāo)。

康奈爾大學(xué)的William Dichtel是一名共價有機(jī)骨架二維聚合物方面的專家，他認(rèn)為上述成果是該研究領(lǐng)域的一大進(jìn)步，X射線衍射結(jié)構(gòu)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(tuán)的有序排列以及尺寸均等的微孔預(yù)示著他們廣闊的應(yīng)用前景。

Schluter和King帶領(lǐng)的團(tuán)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(fā)生的一些結(jié)構(gòu)上的改變導(dǎo)致無法滿足X射線衍射條件的要求，而且晶體的產(chǎn)量僅在毫克范圍內(nèi)。新的合成以單晶為原料，它們在聚合過程中保持結(jié)構(gòu)完整，因而，兩個團(tuán)隊能夠得到產(chǎn)物的X射線衍射結(jié)構(gòu)，同時產(chǎn)量可以以克計。

兩支團(tuán)隊從不同的單晶出發(fā)，但每種單晶都包含三個蒽的結(jié)構(gòu)。在合成過程中，以紫外光誘導(dǎo)光致聚合反應(yīng)，使蒽二聚，促使單晶結(jié)合形成二維聚合物晶體。最終產(chǎn)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(yīng)是可逆的?！熬酆虾徒饩圻^程中產(chǎn)生的巨大的結(jié)構(gòu)變化，證明這種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)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(xué)研究院的有機(jī)納米材料專家Federico Rosei認(rèn)為，該領(lǐng)域未來的一個發(fā)展方向是在改變結(jié)構(gòu)以調(diào)節(jié)材料性能的同時，研究如何保持二維聚合物晶體內(nèi)部的有序性。

Schluter和他的同事對晶體薄片在非線性光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用深感興趣，而King所在的小組則正在嘗試將這些物質(zhì)應(yīng)用于脫鹽及其他分離技術(shù)。

納米材料學(xué)家Neil R. Champness在《自然·化學(xué)》上對此發(fā)表評論：二維聚合物晶體的特性所預(yù)示的廣闊前景受到化學(xué)家和材料學(xué)家的一致認(rèn)可，毫無疑問，該領(lǐng)域?qū)⒉粩喟l(fā)展壯大。