说到有机分子聚合反应，我们往往会想到加引发剂、加热、加压、光照等等一系列的反应条件，不过，最近在Journal of the American Chemical Society 上发表的一篇非常有趣的文章，使我们对有机分子的聚合反应有了新的认识。在这篇文章中，来自比利时鲁汶大学Steven De Feyter研究组的成员以共价有机框架（covalent organic frameworks, COFs）作为模型体系，报道了电场诱导的可逆表面聚合反应过程。在扫描隧道显微镜（scanning tunneling microscopy, STM）尖端下，通过局域强电场（≈109 V/m），可在室温条件下对COFs表面聚合/解聚合反应进行可逆调控，并且在分子尺度原位监控反应的过程。
研究发现，将含硼酸单体的溶液滴加到石墨基底上，在正样品偏压扫描条件下，可在表面上得到有序密堆积的二维超分子组装结构（self-assembled molecular networks, SAMNs）。而当作者将样品偏压极性由“正”转变为“负”，并持续扫描时，有序组装的硼酸单体开始进行脱水缩合反应，并逐渐在表面上形成共价连接的有机框架。在扫描区域获得COFs结构后，进一步将样品偏压极性由“负”变为“正”，COFs发生解聚，并逐渐恢复为有序密堆积的SAMNs。在COFs材料制备中，能够在室温下选择性地完成聚合/解聚是前所未有的，这也表明了该过程属于非热激活机制。由于在此条件下，两种反应过程都进行得足够慢，因而可借助STM成像来监测反应的动力学过程。研究显示，该体系解聚反应的速度约是聚合反应的10倍。
这一成果经发表之后，引起了研究人员的广泛关注。德国慕尼黑工业大学Markus Lackinger教授在Nature新闻观点（News and Views）栏目中，以“Two-dimensional polymer knits together and unravels in an electric field”为题，对该工作进行了评论。Lackinger教授写到：“STM自1981年问世以来，从原子尺度加强了人们对表界面过程的理解，成为解决表面科学中各种问题的重要分析工具。借助STM可实现将原子或分子组装成精确的纳米结构，并操纵这些结构的化学态。但是，由于这些表界面过程仅能在原子尺度下实现，无法实现规模生产。这项研究则为STM诱导的过程向更宏观规模的转化提供了一个巧妙的尝试。如能在微米尺度下产生同等强度的强电场，操纵表界面可逆聚合过程，那这将成为里程碑！使这种非传统化学更接近我们的宏观世界。” [1]
文章的第一作者是比利时鲁汶大学的蔡镇锋博士和詹高磊博士。
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Electric-Field-Mediated Reversible Transformation between Supramolecular Networks and Covalent Organic Frameworks
Zhen-Feng Cai, Gaolei Zhan*, Lakshya Daukiya, Samuel Eyley, Wim Thielemans, Kay Severin, Steven De Feyter*
J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 29, 11404-11408. DOI: 10.1021/jacs.9b05265
导师介绍
Feyter
https://www.x-mol.com/university/faculty/75529
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参考资料：
1. Two-dimensional polymer knits together and unravels in an electric field
https://www.nature.com/articles/d41586-019-02452-4
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