二维（2D）聚合物在为下一代应用量身定制的合理材料设计中具有广阔的前景。然而，人们对二维聚合物中的晶界（GB）知之甚少，更不用说其形成机理和对材料功能的潜在影响。
有鉴于此，德国乌尔姆大学Ute Kaiser，Haoyuan Qi，德累斯顿工业大学冯新亮教授，Thomas Heine报道了利用像差校正高分辨率透射电子显微镜（AC-HRTEM），直接观察了分辨率为2.3 Å的层叠2D聚亚胺中的晶界，并揭示了其形成机制。
文章要点
1）层叠2D聚亚胺（L-2D-PI）合成的关键是表面活性剂单分子层的应用，它为聚合提供了受限的2D模板。首先，将油基硫酸钠（SOS）的氯仿溶液滴到水面上。在氯仿蒸发之后，SOS分子自组装成缩合的单分子层，其阴离子SO4-头基指向水相。随后，将经三氟酸质子化的5，10，15，20-四(4-氨基苯基)-21H，23H-卟啉(TAPP)的水溶液注入50 °C的水相中。最后，在水相中加入2，5-二羟基对苯二甲醛（DhTPA），引发氨基和醛基的席夫碱缩合反应。
2）未经处理的AC-HRTEM图像不仅可以精准识别原始分子网络中的节点和连接子，而且还可以识别缺陷位置上的节点和连接子。基于此，研究人员阐明了广泛的GB结构，包括反相位晶界（APB），低角度GB（LAGB），高角度GB（HAGB）以及近原子尺度的晶界重构。
3）量子力学计算表明，晶界重构在能量上可以实现，并且可以推广到不同的二维聚合物体系。
这些研究结果有望为未来研究二维聚合物中的缺陷-性质相关性提供指导。
Haoyuan Qi, et al, Near–atomic-scale observation of grain boundaries in a layer-stacked two-dimensional polymer, Sci. Adv. 2020
DOI: 10.1126/sciadv.abb5976
http://advances.sciencemag.org/content/6/33/eabb5976
