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特殊阐述：本文由学研汇技巧中间首创撰写，旨在分享关系科研常识。因学问有限，不免有所纰漏和差错，请读者责备性浏览，也恳请豪爽之家责备斧正。
首创丨伊伊（学研汇技巧中间）
编纂丨风云
电镜表征换取
二维会合物（2DPs），正交方位上共价贯通的单体网络，由于其丰饶各类的物理、化学性质，可普遍运用于光电器件、催化和动力等范畴。但是，由于与随机性关系的客观成分，2DPs的研讨要紧纠合在探究高效和可控的合成战略，对触及键孕育/断裂、成核、成长和核间互相影响的动态流程的机理和动力学方面知之甚少。
有鉴于此，比利时鲁汶大学StevenDeFeyter、蔡镇锋、詹高磊等人报导运用原位扫描地道显微镜(STM)表征了一种以硼氧酯为模子的2D动态共价会合物，在时刻和处境前提下定性和定量的提醒了其成核-成长流程。序列数据剖析能够视察无定形到晶体的改变、晶核的时候依赖性演变、“非典范”结晶路途的存在，且能够以极高的精度对根本结晶参数施行熟练测定。另外，本研讨还展现了2D晶体成长何如遭到反常晶粒成长的影响，为运用反常晶粒成长将多晶构造转折为有机和2D材料系统中的单晶供应了撑持。
StevenDeFeyter、蔡镇锋为协同通信做家，詹高磊、蔡镇锋为协同第一做家，两位第一做家方今在比利时鲁汶大学从事博士后研讨做事。
原位扫描地道显微镜
何如表征二维会合物的成核-成长流程？
图1.无序到有序的改变
图2.非晶相到晶体的改变
本文以芘-2,7-二硼酸（PDBA）做为模子体制，研讨了其自缩合反映（图1a,e）。原位STM能够理会地视察到表面会合的动态流程，首先，PDBA在1-酸楚/高定向的热解石墨(HOPG)界面孕育了显然的无序相（图1b）。经历30-60分钟的构造性摇动，在非晶相中呈现了具备有序“空腔”的蜂窝状团簇（图1c）。图1d显示了这个新孕育相的亚分子分辩率STM图象，每个芘单位显示为六瓣特色。另外，键断裂的活化能远低于正向反映（图1f），这象征着较小的集群更大概萎缩而不是增进。持续成像（图2）理会地提醒了成核路途，显示了初始非晶相何如演变成晶核。
图3.成核-成长流程
经历原位STM施行时刻成像，能够明白区别单个核的构造，以及它们随时候的演变（图3a-d）。经历对个原子核的时候演变施行统计剖析，断定了增进几率（Pg）和萎缩几率（Ps）的巨细依赖性（图3e）。临界尺寸（dc）取决于差值（Pg?Ps）从负到正的变动局限。由图3f可知，dc约为9nm，相当于54±5个单体单位。经历绘制单位面积单位时候的成核总额，获得成核速度（图3g）。经历绘制随时候变动的平衡晶核巨细，计较出平衡成长率（图3h）。
图4.二维晶粒成长路途
失配界面消除要紧由Ostwald老练流程启动，图4d视察到两种表率的晶体演变道路。第一种表率是指“持续”晶粒成长（NGG），即以平均的方法成长。在这类环境下（图4e-g），较小尺寸的核（图4e中的I、II、III和IV）慢慢耗损。75min后，2DPs的总表面遮蔽率险些坚持稳定（图4h），平衡晶粒尺寸略有增添（图4i）。对底层石墨晶格的成像显示，2DPs的晶体取向与HOPG晶格[]的主对称轴之间的歪斜角具备相悖的标识（图4a-c）。第二种表率是指“不持续”晶粒成长（AGG），个中小量原子核的优先成长因而殉难相邻原子核为价格的。与NGG流程的慢慢动力学不同的是，AGG流程中2DPs遮蔽局限继续增添（图4m），次级核（S2）的优先成长（图4n）以殉难领域的低级核（R1和S1）为价格。
图5.二维晶粒成长路途
末了，原位STM研讨了单体程度上的核聚结动力学。在晶粒错向度为0°（GB-I）前提下，稍微的晶格位移仍会致使原子核的纳米级离别（图5a）。当两个核均为低级或次级核时，存在6°（GB-II，图5b）或22°（GB-III，图5c）的晶粒错向。衡量了GB-II和GB-III的转移率，发掘转移率低于0.1nmmin-1（图5e-h）。低级和次级核之间孕育新的歪斜晶界（GB），致使8°（GB-IV）和14°（GB-V）的晶粒错向。
总之，本做事经历原位STM与密度泛函理论、紧束缚计较相连合，断定了2DPs的根本会合和结晶参数。鉴于反映机理的剖析对精湛会合物合成的要害性，这项做事为直接在不同性质的2D材料上把持2D会合反映摊平了道路。
参考文件
Observingpolymerizationin2Ddynamiccovalentpolymers
DOI:10./s---6
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