PDF《徐宇曦——未来三年研究计划》

另一方面,有文献报道三氟甲磺酸可以催化乙腈 基团环化聚合[17] , 拟通过将单体直接加入到三氟甲磺酸中同步发生聚合和质子化 反应获得单层三嗪环聚合物. (c)共价有机框架 图3:基于 B-O 键和 C=N 键的两类共价有机框架的分子结构 共价有机框架在气体吸附分离、催化、能源存储和转化方面具有重要的应用 前景[16] . 如上文所说, 目前高效制备单层共价有机框架仍然是个巨大挑战. 因此, 一方面, 拟利用三氟甲磺酸对含氮的共价有机框架进行质子化促进其剥离;

另一 方面,拟在合成共价有机框架的过程中加入稳定分子如芘丁酸或者表面活性剂, 避免单层有机共价框架在聚合的过程中发生堆积. 利用元素分析和各种显微镜及光谱技术对上述制备的二维高分子进行结构 和形貌表征.

(二)二维高分子的化学修饰/功能化 拟通过化学共价反应(环加成反应,Click 反应,重氮盐反应等)和非共价作用 (π-π 相互作用,氢键作用或静电作用等)在上述几种二维高分子表面修饰各种 功能基团(如亲水或疏水基团、超分子识别组装功能基团、π 共轭电子给/受体 等) 控制二维高分子在各种溶液体系中的稳定分散和拓展其组装复合和功能应用, 实现各种功能基团在二维高分子上的可控修饰位点、数目和多样性,并探索对称 或非对称以及可逆的化学修饰, 研究修饰基团对二维高分子的结构和性质的影响.

(三)二维高分子的溶液行为 以高分子物理为基础, 深入探究上述几种二维高分子及其功能化衍生物在溶 液中的各种分子性质, 如二维高分子在水相和有机相中的分散性和稳定性,溶剂 化二维高分子的分子微观构象及柔顺性,溶液的粘度、流变和依数性与二维高分 子的结构和尺寸的关系, 功能化二维高分子的两亲性和液晶态等,揭示二维高分 子的分子结构与溶液性质的一般规律, 并总结其与一维线性高分子在溶液性质上 的异同点,为二维高分子的加工组装与复合提供理论基础.

(四)二维高分子的组装复合 一方面, 利用 Langmuir-Blodgett、Layer-by-Layer, spin-coating 和抽滤诱导等 组装方法可控制备上述二维高分子的单层或多层异质结薄膜器件和自支撑柔性 薄膜材料,研究其基本的电子输运、光电响应、电化学活性等物理、化学性能, 建立二维高分子的分子结构与物化性能之间的关系;

另一方面,在二维高分子表 面可控生长或组装无机纳米粒子、有机共轭分子及其纳米晶、生物功能分子等功 能基元, 同时将二维高分子与一维高分子进行组装复合,深入理解二维高分子与 其他复合组装单元的相互作用和组装机理, 精确调控复合组装单元的结构及其与 二维高分子之间的界面特性, 得到在分子或是纳米尺度上均一高效复合的功能组 装材料,研究复合组装体的基本物理、化学性能,如光电转换、电催化、生物相 容性和刺激响应性等.

(五)二维高分子功能材料的应用探索 在二维高分子的分子结构―组装复合―性质功能的研究基础上,探索上述 几种二维高分子功能材料在光电子器件、气体分离、催化、能源存储器件、生物 医学、工程材料等方面的应用,例如:制备二维高分子自组装薄膜用于大面积晶 体管、 光探测器和气体选择性分离;

将二维高分子用作电子受体与聚噻吩等复合 用于有机太阳能电池;