相比之下，以碳碳雙鍵(C=C)橋接的sp2碳共軛二維聚合物，由于其較為剛性的骨架結構、優(yōu)異的化學穩(wěn)定性和平面擴展的π共軛體系，在膜分離、能量轉換和有機電子等領域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。然而，C=C鍵的高成鍵能壘和低可逆性，使得sp2碳共軛二維聚合物薄膜的合成變得困難，難以基于現(xiàn)有的界面合成策略實現(xiàn)晶態(tài)薄膜的精準構筑。
為克服C=C鍵成鍵能壘高、可逆性低的問題，中國科學院寧波材料技術與工程研究所界面功能高分子材料團隊創(chuàng)新性地提出了兩親性吡啶輔助的界面羥醛縮合策略。該策略利用吡啶基單體在空氣/水界面進行有序組裝，所形成的自組裝單分子層能夠提高界面反應活性，從而在溫和條件下實現(xiàn)了晶態(tài)單層及多層sp2碳共軛二維聚合物薄膜的可控制備。近日，該研究成果發(fā)表在國際期刊Nature Communications。
該工作基于烷基季銨化反應設計并合成了多種兩親性吡啶基單體(圖1)，利用兩親性單體在水相界面自組裝形成具有高反應活性的單分子層，隨后通過原位羥醛縮合反應構筑多種晶態(tài)薄膜。所制備的薄膜具有連續(xù)均勻的形貌以及長程有序結構，并且擁有高度穩(wěn)定的陽離子骨架和單層到多層可調(diào)的厚度。以上優(yōu)勢使得該類薄膜材料在海洋鹽差能轉換中具有巨大的應用潛力。在海洋滲透發(fā)電裝置中，該薄膜在苛刻條件(pH=3.5)下表現(xiàn)出優(yōu)異陽離子選擇(S=0.68)及高的輸出功率密度(51.4 W m-2)。這項工作為sp2碳共軛二維聚合物薄膜的可控合成提供了一種新方法，從而為二維共軛聚合物新材料的研發(fā)及其在功能膜與有機電子等領域中的應用奠定了基礎。
圖1 兩親性吡啶輔助界面羥醛縮合策略示意圖
