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  二維高分子（two-dimensional polymers，2DPs）是一類由結(jié)構(gòu)單元通過共價鍵連接的具有結(jié)構(gòu)單元厚度和周期性有序網(wǎng)絡(luò)的平面片狀高分子，其有效結(jié)合了二維材料和高分子的固有特性，可以通過單體選擇、反應(yīng)條件調(diào)控與反應(yīng)路線設(shè)計等方面從分子層面精確實現(xiàn)2DPs的結(jié)構(gòu)調(diào)控和功能化。2DPs作為一種新的材料形態(tài)，在物理、化學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的遠景和前途，對其進行研究不僅能夠探索新型材料的特點和優(yōu)勢，也具有很高的學(xué)術(shù)價值和實用意義。近日，西湖大學(xué)徐宇曦團隊在《Chemical Society Reviews》上發(fā)表了題為《Recent advances in two-dimensional polymers: Synthesis, assembly and energy-related applications》的邀請綜述，任玉美博士為第一作者，徐宇曦研究員為通訊作者。

圖1. 二維高分子的制備、加工和應(yīng)用。

  本綜述的總體目的是闡述2DPs的設(shè)計合成、組裝加工及其在能源相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用。作者首先梳理了2DPs的歷史發(fā)展過程并介紹了其優(yōu)點，重點闡述了2DPs獨特的二維特征以及多樣化的拓撲結(jié)構(gòu)，總結(jié)了制備2DPs的各種“自上而下”和“自下而上”的典型方法，探討了2DPs的組裝復(fù)合和加工策略，揭示其可加工性對實際應(yīng)用的重要性，并對2DPs的系列表征手段以及在電池、超級電容器、電催化和光催化等能源存儲與轉(zhuǎn)換方面的高效應(yīng)用進行了詳細論述。

  2DPs作為高分子領(lǐng)域的“新星”材料，集成了二維材料和高分子的優(yōu)勢。由于其獨特的結(jié)構(gòu)特征，與傳統(tǒng)的一維線性和三維交聯(lián)高分子相比，2DPs表現(xiàn)出許多新奇的性質(zhì)。而且，與其他二維材料所不同的是，2DPs的概念更加強調(diào)其高分子的屬性。由于2DPs兼具了高分子的特點，使得其設(shè)計和合成的方式層出不窮。特別是具有原子級厚度的超薄2DPs，其極大的比表面積、精準可調(diào)節(jié)的孔結(jié)構(gòu)、豐富且充分暴露的活性位點、獨特的電子結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的加工性等優(yōu)勢使得其在能量存儲與轉(zhuǎn)換領(lǐng)域極具潛力。薄層2DPs的研究不僅拓寬了高分子和低維材料的傳統(tǒng)概念，而且還為高分子引入了許多特殊的性質(zhì)。此外，2DPs的結(jié)構(gòu)、形貌、力學(xué)和電學(xué)性能方面的常用表征手技術(shù)也推動了高分子學(xué)科的持續(xù)進步和發(fā)展。

  論文最后對2DPs提出展望：（1）探索合成更多新結(jié)構(gòu)和組成的2DPs。（2）尺寸均一、原子結(jié)構(gòu)有序、大面積的單層或少層的2DPs仍極具挑戰(zhàn)性。（3）大規(guī)模制備高結(jié)晶乃至單晶2DPs是未來研究的重點。（4）組裝加工性能是制備有序高性能材料的必要手段，需要大力發(fā)展。（5）能源相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用范圍有待擴大，性能有待進一步提升，針對其應(yīng)用獨特性的更為深入本質(zhì)的研究亟待開展。（6）開發(fā)更為先進直觀的原位表征技術(shù)和更加貼合實際的理論模擬方式。

  論文鏈接：

  Yumei Ren, Yuxi Xu*. Recent advances in two-dimensional polymers: Synthesis, assembly and energy-related applications, Chemical Society Reviews, 2024, DOI: 10.1039/d3cs00782k.

  https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2024/cs/d3cs00782k