仪器创新应用，科学家合成表征二维材料家族新成员！

【科学背景】

二维材料因其独特的物理和化学性质而成为材料科学领域的研究热点。自2004年通过机械剥离法从石墨中剥离出石墨烯以来，二维材料在凝聚态物理学、材料科学和化学领域展现了优异的性能和应用前景。然而，将纯有机分子纤维编织成无瑕的二维图案仍然是一项巨大的挑战。虽然宏观织物的美观性和实用性激励化学家将分子编织成交错图案，但纯有机自由悬挂二维编织聚合物网络（2DWPNs）的单晶尚未得到全面研究。因此，获得精确的结构信息，如键长、键角和聚合物网络中原子的空间位置，变得困难。此外，从分层材料中剥离的自由悬挂二维单层编织片材稀少，妨碍了对其多样表面和结构特征的有效探索。

有鉴于此，浙江大学黄飞鹤团队、李光锋研究员、美国德州大学奥斯汀分校Jonathan L. Sessler教授和浙江工业大学化工学院朱艺涵教授合作提出并实现了一种基于配位B−N键驱动的无瑕纯有机自由悬挂二维编织聚合物网络的合成方法。通过定义基于1,4-二（苯并二噁硼）苯（BDBB）和1,2-二（4-吡啶基）乙烯（BPE）编织聚合驱动的两上两下编织图案，获得了这种2DWPN。使用单晶X射线分析揭示了该编织聚合物网络的明确定义的编织拓扑结构。

此外，科学家们使用Scotch Magic Tape成功从块状晶体中剥离出自由悬挂的二维单层纳米片，并通过低剂量低温电子显微镜成像技术研究了这些纳米片的表面特征。研究结果展示了纯有机编织聚合物网络的精确构建，并突显了在二维有机材料中应用编织拓扑结构的独特机会。这一研究不仅为二维编织材料的形成机制和结构-性能关系提供了新的见解，还为未来在现代社会中应用新型多功能材料开辟了新的道路。

【科学亮点】

（1） 本实验首次设计并合成了一种由配位B−N键驱动的纯有机二维编织聚合物网络（2DWPN）。通过使用1,4-二（苯并二噁硼）苯（BDBB）和1,2-二（4-吡啶基）乙烯（BPE）进行编织聚合，得到了具有明确编织拓扑结构的单晶二维聚合物网络。

（2）  利用X射线单晶分析技术，揭示了二维编织聚合物网络的拓扑结构，并通过对比测试验证了溶剂分子在编织结构形成中的关键作用。这些发现有助于理解配位B−N键在调节聚合物网络拓扑结构中的作用。

（3） 通过使用Scotch Magic Tape从合成的二维编织聚合物晶体中剥离出厚度为1.3纳米的自由悬挂二维单层纳米片。这一过程证明了从块状晶体中制备出自由悬挂二维材料的可行性。

（4）  利用低剂量低温TEM技术，在分子水平上展示了自由悬挂二维编织聚合物纳米片的表面结构特征。这为理解二维编织材料的表面特性提供了新的视角。

【科学图文】

图1：标记为2DWPN-1的二维瓦普材料（2DWPN）的示意图。

图2：NWPN-1和2DWPN-1拓扑形成机制。

图3：原子级薄2DWPN-1薄片的制造和表征。

图4：二维瓦普材料（2DWPN-1）晶体的低温低剂量高分辨透射电子显微镜（HRTEM）图像。

图5：2DWPN-1和NWPN-1的机械性能研究。

【科学结论】

本文的研究揭示了将分子编织技术应用于二维材料领域的巨大潜力，特别是在纯有机体系中构建精确编织拓扑结构的可行性。通过配位B−N键驱动的编织聚合反应，研究人员成功合成了无瑕的二维编织聚合物网络（2DWPN），并通过X射线衍射和低温电子显微镜技术对其结构进行了详细表征。这一成果不仅展示了二维编织材料在材料科学中的新进展，还突破了自由悬挂二维单层的制备难题，为二维材料的研究和应用开辟了新方向。

此外，本文的研究还突出了编织拓扑结构在材料性能调控中的独特优势。编织结构能够有效分散应力，增强刚性晶体的柔韧性，这一发现为设计具有优异机械性能的二维材料提供了新的思路。同时，通过调节配位B−N键的角度来精确控制

文献详情：Xiao, D., Jin, Z., Sheng, G. et al. Single crystals of purely organic free-standing two-dimensional woven polymer networks. Nat. Chem. (2024). https://doi.org/10.1038/s41557-024-01580-3