層狀堆疊形成的結晶型二維共軛聚合物（亦稱二維共軛共價有機框架），是一類兼具面內長程π共軛與面外電子耦合特性的有機二維晶體材料。其中，二維聚（亞芳基亞乙烯）（亞乙烯基連接的二維共價有機框架）憑借相較于傳統(tǒng)亞胺鍵連接的二維共價有機框架（二維聚亞胺）更優(yōu)異的π共軛特性，在（光）電子器件、光催化以及電化學等多個領域備受關注。然而，傳統(tǒng)聚合反應的可控性不足，導致現有二維聚（亞芳基亞乙烯）的晶疇尺寸普遍小于20nm，嚴重限制了材料性能的充分發(fā)揮與實際應用落地，如何同步實現材料的穩(wěn)定拓撲結構與高結晶度，成為該領域亟待解決的關鍵挑戰(zhàn)。
針對這一核心難題，北京大學深圳研究生院新材料學院鄒如強、王明超聯合德國德累斯頓工業(yè)大學、馬克斯·普朗克研究所、北京大學化學與分子工程學院等合作團隊，創(chuàng)新性地提出Mannich–消除反應策略，通過可逆的C=C鍵形成機制，成功將8種二維聚亞胺轉化為11種高結晶度二維聚（亞芳基亞乙烯），實現了對材料結晶行為的精準調控。
圖1. 基于Mannich–消除反應構筑高結晶度二維聚（亞芳基亞乙烯）
該通用制備方法可構筑結構穩(wěn)定的二維聚（亞芳基亞乙烯），材料晶格類型涵蓋蜂窩狀、正方形及kagome晶格，比表面積最高可達約2000 m2/g，并展現出高達3.5%的晶格失配容忍度。通過高分辨透射電子顯微鏡與連續(xù)旋轉電子衍射表征，研究團隊進一步證實，基于三苯基苯單元的二維聚（亞芳基亞乙烯）形成了尺寸達2μm的單晶結構，在分子尺度呈現出高度有序性。性能測試表明，結晶度對該類材料的電荷傳輸性能起著決定性作用。該工作為高結晶度二維共軛聚合物材料的可控制備提供了普適且高效的新路徑，為其在高穩(wěn)定性器件中的廣泛應用筑牢了材料基礎。
相關研究成果以“Towards single-crystalline two-dimensional poly(arylene vinylene) covalent organic frameworks”為題，發(fā)表于國際學術期刊《Nature Chemistry》（文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41557-025-02048-8）。北京大學鄒如強教授、王明超助理教授與馬克斯·普朗克微結構物理研究所Xinliang Feng教授共同擔任論文通訊作者。該研究獲得了國家自然科學基金、德國科學基金會等項目的支持。
