二維材料具有獨特的物理、化學(xué)性質(zhì)，受到了科研工作者的廣泛關(guān)注。與無機(jī)二維材料相比，二維有機(jī)材料的機(jī)械柔韌性更好、化學(xué)結(jié)構(gòu)具有更廣泛的可調(diào)性。但是，當(dāng)前二維有機(jī)材料的制備仍面臨著合成復(fù)雜、拓?fù)溥x擇性狹窄和產(chǎn)率低的挑戰(zhàn)，限制了二維有機(jī)材料的應(yīng)用。因此，如何實現(xiàn)快速大量制備是當(dāng)前二維有機(jī)材料的研究熱點之一。

　　北京同步輻射裝置用戶耿建新教授團(tuán)隊以聚（3，4-乙烯二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸鈉（PEDOT:PSS）為原料，通過冰模板誘導(dǎo)PEDOT:PSS形成二維片層，實現(xiàn)了PEDOT:PSS二維片層材料的快速批量制備。該團(tuán)隊系統(tǒng)地闡明了冷凍過程中片層的形成機(jī)理及片層內(nèi)部分子鏈的排列方式，將所得二維片層應(yīng)用于超級電容器的電極材料，得到了優(yōu)異的儲能性能。

　　該團(tuán)隊與北京同步輻射裝置的漫散射、小角散射實驗站合作，利用同步輻射X射線衍射研究了分子鏈在片層內(nèi)部的排列形式。研究過程中，通過分析X射線從不同方向入射時收集的二維衍射圖樣，得到了分子鏈在片層內(nèi)部的排布方式，即PEDOT鏈沿凍結(jié)方向排列的同時，其分子鏈骨架平面垂直于二維片層。此外，還利用同步輻射原位小角X射線散射技術(shù)闡釋了二維共軛聚合物片層的形成過程。通過分析不同溫度下收集的小角X射線散射圖樣，獲得了PEDOT聚合物鏈在冷凍過程中構(gòu)象演變的信息，即在冷凍過程中PEDOT鏈解纏繞并被擠壓到冰晶“邊界”處而形成二維片層。

　　該共軛聚合物二維片層材料的制備方法易于實施、產(chǎn)率高、可放大，為二維有機(jī)材料的制備拓寬了途徑。相關(guān)研究成果以“Ice-Templated Large-Scale Preparation of Two-Dimensional Sheets of Conjugated Polymers: Thickness-Independent Flexible Supercapacitance”為題發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊《ACS Nano》（2021, 15, 8870-8883）上。

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.1c01459 

　　

　　圖：（a）PEDOT:PSS片層氣凝膠的制備過程。（b）PEDOT:PSS片層陣列的制備過程。（c）不同溫度下，PEDOT:PSS分散液的原位小角X射線散射圖樣。（d）PEDOT:PSS片層陣列的示意圖及不同X射線入射方向時采集的二維X射線衍射圖樣。