相比之下，以碳碳双键(C=C)桥接的sp2碳共轭二维聚合物，由于其较为刚性的骨架结构、优异的化学稳定性和平面扩展的π共轭体系，在膜分离、能量转换和有机电子等领域展现出广阔的应用前景。然而，C=C键的高成键能垒和低可逆性，使得sp2碳共轭二维聚合物薄膜的合成变得困难，难以基于现有的界面合成策略实现晶态薄膜的精准构筑。
为克服C=C键成键能垒高、可逆性低的问题，中国科学院宁波材料技术与工程研究所界面功能高分子材料团队创新性地提出了两亲性吡啶辅助的界面羟醛缩合策略。该策略利用吡啶基单体在空气/水界面进行有序组装，所形成的自组装单分子层能够提高界面反应活性，从而在温和条件下实现了晶态单层及多层sp2碳共轭二维聚合物薄膜的可控制备。近日，该研究成果发表在国际期刊Nature Communications。
该工作基于烷基季铵化反应设计并合成了多种两亲性吡啶基单体(图1)，利用两亲性单体在水相界面自组装形成具有高反应活性的单分子层，随后通过原位羟醛缩合反应构筑多种晶态薄膜。所制备的薄膜具有连续均匀的形貌以及长程有序结构，并且拥有高度稳定的阳离子骨架和单层到多层可调的厚度。以上优势使得该类薄膜材料在海洋盐差能转换中具有巨大的应用潜力。在海洋渗透发电装置中，该薄膜在苛刻条件(pH=3.5)下表现出优异阳离子选择(S=0.68)及高的输出功率密度(51.4 W m-2)。这项工作为sp2碳共轭二维聚合物薄膜的可控合成提供了一种新方法，从而为二维共轭聚合物新材料的研发及其在功能膜与有机电子等领域中的应用奠定了基础。
图1 两亲性吡啶辅助界面羟醛缩合策略示意图
