聚合物一直存在并持續(xù)改善著我們的生活，僅人工聚合物的世界年均產(chǎn)量即達(dá)約3億噸。根據(jù)Hermann Staudinger的定義，聚合物是由許多相同的小分子通過(guò)共價(jià)鍵連接而成的大分子。自1935年開(kāi)始，科學(xué)家就致力于將聚合物的結(jié)構(gòu)從線(xiàn)性（一維）拓展到平面（二維）重復(fù)單元，即制備二維聚合物。但直到2004年石墨烯問(wèn)世以前，科學(xué)家均未得到結(jié)構(gòu)規(guī)整的二維聚合物。無(wú)機(jī)二維聚合物石墨烯的發(fā)現(xiàn)重新激發(fā)了科學(xué)家研究有機(jī)二維聚合物的興趣。
近年來(lái)，我校化學(xué)學(xué)院鄭治坤教授課題組圍繞有機(jī)二維聚合物的可控制備、結(jié)構(gòu)和性能調(diào)控及應(yīng)用探索，開(kāi)展了系統(tǒng)研究工作。從分子/原子尺度上的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，建立起了水相條件下有機(jī)二維聚合物的可控合成方法（Nat. Chem., 2019, 11, 994-1000），實(shí)現(xiàn)了對(duì)其聚集態(tài)結(jié)構(gòu)和微觀(guān)結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)調(diào)控，揭示了其聚合機(jī)理（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 6028 –6036），探索其功能應(yīng)用，研究其結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)聯(lián)及調(diào)控機(jī)制。
在有機(jī)二維聚合物熱導(dǎo)研究方面，針對(duì)傳統(tǒng)聚合物受微觀(guān)結(jié)構(gòu)的無(wú)序性和宏觀(guān)缺陷所限，聲子散射嚴(yán)重，熱導(dǎo)率低，多為熱絕緣體的困境，利用二維聚合物結(jié)構(gòu)規(guī)整度高，材料均勻性好，雜質(zhì)和缺陷少的特質(zhì)，實(shí)現(xiàn)高熱導(dǎo)，揭示了二維聚合物結(jié)構(gòu)與熱導(dǎo)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。在近室溫大氣條件下獲得了熱導(dǎo)系數(shù)可達(dá)6.5 W m-1 K-1（不銹鋼為14到16 W m-1 K-1）的二維聚合物膜，發(fā)現(xiàn)二維聚合物膜晶疇間界面熱阻（Kapitza resistance）約為金剛石的1000倍，指出高度規(guī)整二維聚合物膜導(dǎo)熱能力的提升主要?dú)w功于樣品結(jié)晶度/純度提高，晶界減少，總的接觸和界面熱阻降低，和聲子-晶界和聲子-界面散射減弱。
圖1 二維聚合物COF SYSU-7(Sun Yat-sen University)的（左側(cè)）高分辨電鏡圖和（右側(cè)）熱導(dǎo)性能圖。
相關(guān)研究成果近期發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.上，題目為：“Nanoporous and Highly Thermal Conductive Thin Film of Single-Crystal Covalent Organic Frameworks Ribbons”，我校在讀博士研究生譚方林和中國(guó)人民大學(xué)在讀博士研究生韓爍為論文的共同第一作者，我校鄭治坤教授、中國(guó)人民大學(xué)陳珊珊教授和德累斯頓工業(yè)大學(xué)戚浩遠(yuǎn)博士為通訊作者。
上述研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金，廣東省自然科學(xué)基金，和中國(guó)人民大學(xué)研究基金等經(jīng)費(fèi)的支持。同時(shí)得到了我校測(cè)試中心和上海同步輻射光源的支持。
