显微镜显示了2D共价聚合物的一片一片的形成

利用扫描隧道显微镜(STM)，研究人员观察到了二维动态共价聚合物的逐片组装——共价有机框架(COFs)的基本构件。这些详细的图像将有助于理解复杂的生长机制，可能为量身定制的合成堆叠结构铺平道路。

“二维COFs的增长涉及复杂的化学转换，比如键的不断形成和断裂，”解释道Steven De Feyter他来自比利时鲁汶大学，是这项研究的联合负责人。此外，与结晶有关的其他过程也起作用。“然而，人们对这些反应的机械和动力学方面知之甚少，”他补充道。现在，STM提供了聚合过程的正确图像，清楚地展示了单体、低聚物及其随时间的演变。

“STM每分钟拍摄一次照片，这与反应速度惊人地吻合，可以逐步监控整个过程，”联合领导评论道奥利留Mateo-Alonso在西班牙圣Sebastián的Polymat。最初，研究人员观察到由单一结构形成的小结晶核的形成pyrene-2, 7-diboronic酸- COF世界中常见的单体。二聚体和小的低聚物然后出现又消失，直到它们的尺寸大到足以启动聚合过程。马特奥-阿隆索解释说:“这些第一批图像展示了这些材料成核和伸长的动态性质。”此外，研究人员进行了计算模拟来补充结论，甚至开发了新的建模方法。

纳米材料专家表示，在显微镜下观察2D-COFs在技术上具有挑战性莱斯利Hamachi来自美国加州州立理工大学。她说:“研究人员已经克服了[挑战]，并在环境条件下实时观察了二维聚合物的生长，从而对这些材料如何生长有了基本的见解。”了解结晶机制可以减少缺陷和量身定制的方向，这在现实应用中通常是需要的。Hamachi解释说:“随着合成方法的改进和材料质量的提高，(我们可以)看到性能的显著提高。”

“(这项研究)证实了我们长期以来对COF形成机制的信念，”补充说奥马尔Yaghi美国加州大学伯克利分校的材料专家和COF先驱。他说，2D-COF层形成背后的过程已经被“描述和推测”，但“观察它是相当强大的”。由于这些二维材料的独特性质，它们的化学性质越来越有趣．Yaghi补充说:“2D COFs可能会在设计膜甚至电子元件中[找到应用]，它们的多功能性……在设计和功能方面只有一些金属有机框架才能与之匹敌。”

到目前为止，作者只破译了二维聚合的基本参数——结论不能转化为三维COFs，因为它们的形成遵循不同的机制。Hamachi说:“(这些)合成包括层间堆积过程，并不局限于表面生长。”

Mateo-Alonso说:“考虑到阐明机制对[传统]聚合物合成的影响，我们认为这些发现可以使2D COFs的制备具有相似的精度和可调性。”这些结果可以加速其他具有2D COFs的定制结构的制备，例如异质结构-不同层状材料的“三明治”，如石墨烯和过渡金属二卤属化合物。异质结构结合了这两个领域的优点，在催化和电子领域，它们可能会带来创新的应用。