二维共价有机框架（2D COFs）是一类结晶多孔聚合物材料，其有机构筑单元能够被精确组装成周期性网络结构。材料内部的微观结构、结晶度与有序度对其宏观物理性质具有关键影响。目前，已报道多种基于不同对称性单体的聚合策略，用于调控材料的拓扑构型与层间堆积。然而，由于缺乏有效的微观调控手段，COF晶体在生长过程中通常呈现随机取向，形成多晶无序聚集体。因此，如何构建均匀、有序的二维COF薄膜，成为该领域的重要研究方向。

在中国科学院和国家自然科学基金委的支持下，化学研究所有机固体实验室刘云圻/陈建毅团队在2D COFs的结构设计、可控组装及面内取向结构薄膜方面取得了系列研究进展（J. Am. Chem. Soc. 2023,145,26900；Angew. Chem. Int. Ed. 2024,63,e202317876；Nat. Commun. 2024, 15,10487；Angew. Chem. Int. Ed. 2025,64,e202505491，J. Am. Chem. Soc. 2025,147,15459）。

近期，该研究团队面向二维纳米材料可控制造，提出了一种原位合成高导电性、面外取向结构的2D COFs薄膜的新策略：在衬底表面热蒸镀一层小分子1,3,6,8-四-(对胺基苯基)-芘（PyTTA）薄膜，利用乙醇和水对PyTTA的溶解度不同，在固-液界面附近形成浓度梯度和表面张力梯度。该梯度诱发马兰戈尼流效应，使PyTTA分子在界面处重排。借助分子间π – π堆积作用，PyTTA分子自组装成表面垂直于界面的有序结构。以此为模板，与另一个前驱体分子对苯二甲醛（TPA）反应，在衬底表面直接合成具有面外取向结构的PyTTA-TPA 2D COF薄膜。改变醛基前驱体的种类，例如用2,2'-联吡啶-5,5'-二甲醛（BPyDCA）和4,4'-联苯二甲醛（BPDA）代替对苯二甲醛（TPA），还可制备其它面外取向结构的PyTTA-BPyDCA和PyTTA-BPDA 2D COF薄膜，说明该方法具有普适性。该方法制备的薄膜结构与衬底无关，可以在硅片、玻璃、聚氨酯（PU）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等衬底上实现规模化制备。制备的PyTTA-TPA COF薄膜具有较高的电导率。对于生长在弹性PU衬底上的薄膜，在反复拉伸、扭转和变形后，仍然能够恢复原始外观，且晶体质量与导电性无显著变化，表明该2D COF薄膜在柔性、可拉伸、可折叠电子器件领域具有应用潜力。相关研究成果近期发表在Nat. Commun. （https://www.nature.com/articles/s41467-025-67231-4）。论文第一作者为博士生化春雨，史文康，通讯作者为刘云圻院士和陈建毅研究员。

二维共价有机框架薄膜材料的面外取向调控及其在可拉伸电子器件方面的应用

有机固体实验室

2025年12月19日