Synthese von kristallinen, supramolekularen Polyanilinschichten/2D-Polyanilinen und deren Strukturbestimmung mittels Elektronenbeugung und TEM-Bildgebung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt zielte auf die Entwicklung einer neuartigen Soft-Template-unterstützten Grenzflächensynthesemethode für hochkristalline supramolekulare Polymerdünnschichten mit großflächigen kristallinen Domänen und auf die Entwicklung geeigneter TEM-Techniken ab, um die kristalline Struktur der synthetisierten Materialien vollständig aufzudecken. Als robuste Strategie wurde die SMAIS-Methode eingesetzt, um die Vororganisation und 2D-Polykondensation starrer Monomere auf der Wasseroberfläche zu steuern, indem die einzigartige chemische Reaktivität und Selektivität ausgenutzt wird. Dieser Ansatz ermöglicht die Synthese großflächiger (~50 cm2), hochkristalliner, quasi-2D-Polyanilin-Ultradünnfilme mit einstellbaren Dicken von ~2.6 bis ~30 nm. Mithilfe oberflächenspezifischer In-situ-Spektroskopie haben wir den Mechanismus auf molekularer Ebene aufgeklärt, der der Bildung des kristallinen Quasi- 2D-Polyanilinfilms zugrunde liegt. Aufbauend auf dieser Grundlage haben wir die Synthese auf andere synthetische Chemie ausgeweitet und kürzlich die erfolgreiche Synthese von hochkristallinem 2D-Polyamid, 2D-Polyimid, 2D-Polyimin, 2D-Polyboronatester, 2D-Poly(pyridiniumsalz) und 2D-Poly(vinylen) demonstriert. Um die Struktur der schichtgestapelten organischen 2D-Materialien aufzudecken, haben wir die Niedrigdosis-Technik verbessert, mit der wir klare Bilder von Polymeren auf Imin-Basis erhalten und den Prozess der Korngrenzenbildung untersuchen konnten. Durch die Optimierung der Beschleunigungsspannung des TEM konnten wir die Auflösung von Polymeren auf Imin-Basis auf bis zu 1,9 Å erhöhen, wodurch wir erstmals interstitielle Defekte in den Polymerschichten nachweisen konnten. Durch den gründlichen Vergleich verschiedener metallorganischer Gerüstverbindungen mit leicht veränderten strukturellen Merkmalen konnten wir wichtige Aspekte identifizieren und verstehen, die zur Stabilität dieser Materialien beitragen. Dadurch konnten wir die erzielte Auflösung von 2,5 Å auf 1,0 Å bei 300 kV und sogar auf 0,9 Å bei 80 kV senken. Dies führte zu einer vollständigen Offenlegung der untersuchten Struktur.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Near–atomic-scale observation of grain boundaries in a layer-stacked two-dimensional polymer. Science Advances, 6(33).
Qi, Haoyuan; Sahabudeen, Hafeesudeen; Liang, Baokun; Položij, Miroslav; Addicoat, Matthew A.; Gorelik, Tatiana E.; Hambsch, Mike; Mundszinger, Manuel; Park, SangWook; Lotsch, Bettina V.; Mannsfeld, Stefan C. B.; Zheng, Zhikun; Dong, Renhao; Heine, Thomas; Feng, Xinliang & Kaiser, Ute
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Ultrathin two-dimensional conjugated metal–organic framework single-crystalline nanosheets enabled by surfactant-assisted synthesis. Chemical Science, 11(29), 7665-7671.
Wang, Zhiyong; Wang, Gang; Qi, Haoyuan; Wang, Mao; Wang, Mingchao; Park, SangWook; Wang, Huaping; Yu, Minghao; Kaiser, Ute; Fery, Andreas; Zhou, Shengqiang; Dong, Renhao & Feng, Xinliang
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On-water surface synthesis of charged two-dimensional polymer single crystals via the irreversible Katritzky reaction. Nature Synthesis, 1(1), 69-76.
Wang, Zhiyong; Zhang, Zhen; Qi, Haoyuan; Ortega-Guerrero, Andres; Wang, Lihuan; Xu, Kun; Wang, Mingchao; Park, SangWook; Hennersdorf, Felix; Dianat, Arezoo; Croy, Alexander; Komber, Hartmut; Cuniberti, Gianaurelio; Weigand, Jan J.; Kaiser, Ute; Dong, Renhao & Feng, Xinliang
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Real-time study of on-water chemistry: Surfactant monolayer-assisted growth of a crystalline quasi-2D polymer. Chem, 7(10), 2758-2770.
Seki, Takakazu; Yu, Xiaoqing; Zhang, Peng; Yu, Chun-Chieh; Liu, Kejun; Gunkel, Lucas; Dong, Renhao; Nagata, Yuki; Feng, Xinliang & Bonn, Mischa
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In-Plane Oriented Two-Dimensional Conjugated Metal–Organic Framework Films for High-Performance Humidity Sensing. ACS Materials Letters, 4(6), 1146-1153.
Park, SangWook; Zhang, Zhe; Qi, Haoyuan; Liang, Baokun; Mahmood, Javeed; Noh, Hyuk-Jun; Hambsch, Mike; Wang, Mingchao; Wang, Mao; Ly, Khoa Hoang; Wang, Zhiyong; Weidinger, Inez M.; Zhou, Shengqiang; Baek, Jong-Beom; Kaiser, Ute; Mannsfeld, Stefan C. B.; Feng, Xinliang & Dong, Renhao
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Optimal acceleration voltage for near-atomic resolution imaging of layer-stacked 2D polymer thin films. Nature Communications, 13(1).
Liang, Baokun; Zhang, Yingying; Leist, Christopher; Ou, Zhaowei; Položij, Miroslav; Wang, Zhiyong; Mücke, David; Dong, Renhao; Zheng, Zhikun; Heine, Thomas; Feng, Xinliang; Kaiser, Ute & Qi, Haoyuan
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Effect of self and extrinsic encapsulation on electron resilience of porous 2D polymer nanosheets. Micron, 174, 103525.
Mücke, David; Linck, Martin; Guzzinati, Giulio; Müller, Heiko; Levin, Barnaby D.A.; Bammes, Benjamin E.; Brouwer, Raúl González; Jelezko, Fedor; Qi, Haoyuan & Kaiser, Ute
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Surfactant-free interfacial growth of graphdiyne hollow microspheres and the mechanistic origin of their SERS activity. Nature Communications, 14(1).
Zhang, Lu; Yi, Wencai; Li, Junfang; Wei, Guoying; Xi, Guangcheng & Mao, Lanqun
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A Cu3BHT‐Graphene van der Waals Heterostructure with Strong Interlayer Coupling for Highly Efficient Photoinduced Charge Separation. Advanced Materials, 36(21).
Wang, Zhiyong; Fu, Shuai; Zhang, Wenjie; Liang, Baokun; Liu, Tsai‐Jung; Hambsch, Mike; Pöhls, Jonas F.; Wu, Yufeng; Zhang, Jianjun; Lan, Tianshu; Li, Xiaodong; Qi, Haoyuan; Polozij, Miroslav; Mannsfeld, Stefan C. B.; Kaiser, Ute; Bonn, Mischa; Weitz, R. Thomas; Heine, Thomas; Parkin, Stuart S. P. ... & Feng, Xinliang
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Benzenehexol‐Based 2D Conjugated Metal–Organic Frameworks with Kagome Lattice Exhibiting a Metallic State. Advanced Functional Materials, 34(42).
Wang, Zhiyong; St., Petkov Petko; Zhang, Jianjun; Liang, Baokun; Revuelta, Sergio; Xiao, Ke; Tiwari, Kajal; Guo, Quanquan; Li, Zichao; Zhang, Jichao; Qi, Haoyuan; Zhou, Shengqiang; Kaiser, Ute; Heine, Thomas; Cánovas, Enrique; Parkin, Stuart S. P.; Feng, Xinliang & Dong, Renhao
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On‐Water Surface Synthesis of Vinylene‐Linked Cationic Two‐Dimensional Polymer Films as the Anion‐Selective Electrode Coating. Angewandte Chemie International Edition, 63(24).
Yang, Ye; Sabaghi, Davood; Liu, Chang; Dianat, Arezoo; Mücke, David; Qi, Haoyuan; Liu, Yannan; Hambsch, Mike; Xu, Zhi‐Kang; Yu, Minghao; Cuniberti, Gianaurelio; Mannsfeld, Stefan C. B.; Kaiser, Ute; Dong, Renhao; Wang, Zhiyong & Feng, Xinliang
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Understanding the Electron Beam Resilience of Two-Dimensional Conjugated Metal–Organic Frameworks. Nano Letters, 24(10), 3014-3020.
Mücke, David; Cooley, Isabel; Liang, Baokun; Wang, Zhiyong; Park, SangWook; Dong, Renhao; Feng, Xinliang; Qi, Haoyuan; Besley, Elena & Kaiser, Ute
