经费预存选华算：重磅加码，高至30%预存增值
尽管二维聚合领域取得了进展，但合成高质量、微米厚度、定向二维共价有机框架（COF）薄膜仍然是一个挑战。传统方法聚焦于聚合路径的热力学控制，但在定向性和厚度之间存在一个有害的权衡。
在这里，
斯特拉斯堡大学Wojciech Danowski & Paolo Samorì教授
团队在Nature Synthesis期刊上发表了题为“Synthesis of micrometre-thick oriented 2D covalent organic framework films by a kinetic polymerization pathway”的最新论文。本研究描述了一种简单的方法，通过利用动力学陷阱的非晶态三维共价可调网络（CAN）中间体，制备具有接近完美面向定向的亚胺连接二维COF薄膜。
这些偏离路径的中间体通过溶液铸膜生成，在此过程中，CANs自发地排列，以缓解溶剂蒸发引起的拉伸应力。随后的剥离过程，以及在溶剂热条件下的非晶态到晶态转化，将三维定向聚合物网络转化为热力学稳定、具有孔隙且独立的二维COF薄膜。这种多功能的动力学陷阱策略适用于各种建筑块和网络拓扑，构成了一种便捷的合成工具，可以获取高质量、强对齐的多晶结构的大面积、坚固的二维COF薄膜。
1. 实验首次利用动力学陷阱策略合成定向二维COF薄膜，通过溶液铸膜和溶剂热退火，成功获得了具有微米厚度和高度定向的二维COF薄膜。
2. 实验通过三维共价可调网络（CAN）自发对齐的机制，在溶液铸膜过程中，CANs通过自发排列缓解溶剂蒸发引起的拉伸应力，从而实现薄膜的定向排列。该方法不需要界面限制，大大简化了合成过程。
3. 实验采用溶剂热退火将非晶CAN转化为二维COF薄膜，并保持其面向定向性。通过此步骤，成功将三维定向聚合物网络转化为热力学稳定、孔隙丰富的自由立足二维COF薄膜。
4. 实验验证了该方法的普适性和广泛适用性，可以扩展到多种分子建筑块和网络拓扑。实验结果表明，这一策略不仅提高了薄膜的质量和厚度，还保证了其坚固性和大面积制备的可能性。
5. 该策略克服了传统方法中的定向性与厚度之间的权衡，为合成大面积、稳定且定向的二维COF薄膜提供了一种新的解决方案，具有重要的应用潜力，尤其在能源存储、分离和催化等领域。
图1：合成方法的设计。
图2：溶液中的聚合与溶胶–凝胶转变。
图3：定向CAN和2D COF薄膜的制造。
图4：干燥过程中的涂层演化。
图5：方法的适用范围及相关结构分析。
在合成聚合物材料时，动力学陷阱状态并非总是负面的，它们可以被巧妙利用来获得理想的材料形态和结构。通过控制合成路径的选择，特别是利用亚稳态中间体（如三维亚胺连接CANs），可以在不依赖热力学优选路径的情况下，实现自由立足、定向且晶态的二维COF薄膜的合成。这一策略突破了传统的合成方法，展示了通过简单的溶液铸膜和后续溶剂热处理，能够获得微米厚、大面积、高度定向的COF薄膜，且材料的机械稳定性和性能得到显著提升。
这一发现不仅为二维COF材料的应用开辟了新领域，如膜材料、水处理、分子筛分和电池分隔器等，还为未来合成其他聚合物材料提供了新的思路，提示我们可以通过精确控制非平衡中间体的生成和转化，拓展合成策略的多样性。因此，进一步的研究将可能揭示出更多利用非平衡中间体来调控材料结构和性能的新方法。
Cusin, L., Cieciórski, P., Van Gele, S. et al. Synthesis of micrometre-thick oriented 2D covalent organic framework films by a kinetic polymerization pathway. Nat. Synth (2025). https://doi.org/10.1038/s44160-025-00741-7
🏅
同步辐射XAS限时直降1000元🎉原价3500/元素起，现仅需2500/元素起！
全球机时，三代光源，随寄随测！最快一周出结果，保证数据质量！
👉
点击阅读原文，立即下单！
