西湖大学徐宇曦团队：单体刚性调节合成二维结晶三嗪聚合物纳米片

    西湖大学徐宇曦研究员及其合作者合成了二级胺连接的三嗪基二维聚合物纳米片，并揭示了二元胺单体的分子刚性对有序平面聚合的重要影响。该二维功能聚合物可以修饰锂电池隔膜，从而显著提高锂金属电极沉积的库伦效率和循环稳定性。

聚合物（或大分子）的概念首次被德国著名化学家施陶丁格所提出，经过一个世纪的发展，聚合物在人类生活中扮演着不可替代的角色。开发新颖的具有不同空间结构的聚合物材料是当前研究的重要方向之一。

最近，二维聚合物因其具有独特的二维平面有序结构以及在气体分离、催化、能源存储与转化和光电等领域的潜在应用受到越来越多的关注。然而合成单层或少层二维结晶的大尺寸聚合物纳米片仍是该研究领域的重要挑战。此外，对于二维聚合机理的理解也比较有限。

含有三嗪基团的二维聚合物是一类已经在光电器件、光电催化、电化学能源等领域展现出巨大潜力的功能材料，但是如何发展更多的制备方法是一大难题。之前有不少报道通过便宜的高活性的三聚氰酰氯单体构筑有机多孔材料，但均得不到二维结晶聚合物。

最近，西湖大学徐宇曦研究员及其合作者提出了以三聚氰酰氯和二元芳香胺反应合成二级胺连接的二维三嗪聚合物纳米片的新策略。增加苯环的数目即二元芳香胺单体的分子刚性可以有效减弱单体分子在空间的无序旋转，从而促进有序的二维聚合，最终得到可分散的微米尺寸的具有ABC堆积结构的少层二维聚合物纳米片（图1）。作者进一步发现二维三嗪聚合物纳米片可以通过溶液加工修饰锂电池的隔膜，由于其含有大量的亲锂性三嗪基团和取向孔道，使其在调节锂离子均匀沉积方面具有优异的性能，100圈充放电循环之后，锂金属电极的平均库伦效率高达99.4%。

图1 二维三嗪聚合物纳米片的表征和聚合机理 

该研究结果近日以“Monomer-dependent synthesis of secondary amine-linked triazine-based two-dimensional polymers nanosheets”为题在线发表于SCIENCE CHINA Chemistry。

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作者简介

徐宇曦，西湖大学工学院研究员/博导。主要从事新型高分子和石墨烯等低维功能材料的化学制备、可控组装复合及其在能源、环境和催化中的应用。在Nat. Commun., Acc. Chem. Res., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等期刊上发表第一/通讯作者论文五十余篇，他引一万余次。获得2013年教育部自然科学一等奖和2016年国家自然科学二等奖（均为第二完成人）、2019年中国化学会首届箐青化学新锐奖、2020 Young Innovator Award of Nano Research，入选上海市东方学者特聘教授（2015）、中国科协青年人才托举工程（2017）、2018 Emerging Investigators of J. Mater. Chem. A、2018 Hall of Fame of Adv. Mater. Interfaces、科睿唯安高被引学者（2018, 2019）。