均相二维（2D）聚合是一个鲜为人知的过程，在该过程中，拓扑平面单体发生反应以形成平面大分子，通常称为2D共价有机框架（COFs）。传统上COFs局限于弱结晶的聚集粉末形式，最近已有报道通过temporally resolving生长和成核过程，可将它们制成微米级的单晶。近日，佐治亚理工学院Jean-Luc Bredas，美国西北大学William R. Dichtel等通过动力学Monte Carlo（KMC）模拟对二维COFs的成核和生长速率进行定量分析，结果表明成核和生长分别对单体浓度具有二阶和一阶依赖性。作者通过系统测量COFs成核和生长速率（原位X射线散射实验）证实了计算结果，这也证实了成核过程和延伸过程对单体浓度的依赖性。作者还发现，存在一个阈值单体浓度，在该阈值以下，成核作用占主导地位。该工作的计算和实验结果使最近的经验观察合理化，即在2D COFs单晶的形成过程中，当缓慢添加单体时，在成核过程中，生长起主导作用，以限制其稳态浓度。对成核和生长过程的机制进行理解将为二维聚合的合理控制提供依据，并最终使人们能够获得设计好的高质量的二维聚合物材料。
Haoyuan Lia, Austin M. Evansb, William R. Dichtelb*, Jean-Luc Bredas*, et al. Nucleation-Elongation Dynamics of Two-Dimensional Covalent Organic Frameworks. J. Am. Chem. Soc., 2019
DOI: 10.1021/jacs.9b10869
