合成高结晶共价有机骨架（COF）薄膜是推进其在二维（2D）光电子学中应用的迫切需要，但仍然是一个巨大的挑战。
2024年12月2日，中国科学院化学研究所陈建毅、董际臣、郭云龙和北京大学赵晓续在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Diffusion limited synthesis of wafer-scale covalent organic framework films for adaptative visual device》的研究论文，Minghui Liu、Junhua Kuang为论文共同第一作者，陈建毅、董际臣、郭云龙和赵晓续为论文共同通讯作者。
陈建毅，中国科学院化学研究所研究员。2002年本科毕业于青岛科技大学，2008年硕士毕业于哈尔滨理工大学，2013年获得中科院化学研究所博士学位。2013-2018年在新加坡国立大学从事博士后研究，2018年加入中科院化学研究所任研究员、博导。
陈建毅的研究领域为石墨烯材料与器件；有机二维原子晶体的设计与合成；有机二维电子学。
董际臣，中国科学院化学研究所研究员。2010年、2013年于山东大学获得学士和硕士（导师：李辉教授）学位，2016年于香港城市大学获得博士学位（导师：张开黎教授、丁峰教授）。2016-2020年于韩国基础科学研究院进行博士后阶段的研究工作（导师：丁峰教授）。2020年至今任中国科学院化学研究所研究员、博士生导师。
董际臣研究员致力于二维纳米材料单晶的生长动力学、二维晶粒融合机制、大尺寸单晶二维纳米材料制备及低维纳米材料的力学及电学行为等方面开展了系统深入的工作，取得了系列重要进展。
郭云龙，中国科学院化学研究所研究员，国家优青。2010年获得中国科学院化学研究所博士学位，2013年任中科院化学研究所副研究员，2013-2016年在日本东京大学从事博士后研究，2016年担任日本东京大学副教授，回国后加入中科院化学研究所。
郭云龙的研究领域为有机聚合物半导体材料与器件；有机-无机杂化材料与器件。
赵晓续，北京大学材料科学与工程学院研究员/助理教授。2014年获得新加坡南洋理工大学学士学位；2018年博士毕业于新加坡国立大学，导师：Stephen J. Pennycook & Loh Kian Ping教授；随后留校从事博士后研究（合作导师: Stephen J. Pennycook & Andrew T.S. Wee教授）；2020-2022年在新加坡南洋理工大学作校长博士后（合作导师: Liu Zheng教授）；2022年加入北京大学。
赵晓续研究员主要从事球差扫描透射电镜技术和低维材料生长，在低维量子材料亚原子尺度的结构解析、人工构筑与物性调控方向开展了系统研究，迄今在Nature、Nat. Nanotechnol.、Nat. Synth.,等高水平期刊发表SCI论文140余篇。论文被引超过11,000余次。
在这里，作者报道了一种晶圆级均匀共价有机框架薄膜的扩散限制合成策略，其中预先沉积的4, 4', 4", 4‴-(1, 3, 6, 8-四(4-氨基芳基)）芘被一层共价有机骨架预聚物封装在基底表面，不仅可以防止前体的溶解，而且可以限制与在溶液中溶解的对苯二甲醛的反应，从而调节聚合过程的尺寸。
薄膜的尺寸取决于生长衬底，研究人员在硅芯片上合成了4英寸薄膜，通过调整构建单元和聚合化学来控制它们的结构、厚度、图案化和结晶度，并使用二硫化钼作为基底来构建垂直异质结构。
测量结果表明，采用共价有机骨架作为感光层，异质结表现出增强的光电性能，可用于模拟视觉系统的自适应功能。
图1：扩散限制合成2D COF薄膜
图2：PyTTA-TPA COF薄膜的光谱表征
图3：PyTTA-TPA COF薄膜的透射电子显微镜（TEM）表征
图4：COF薄膜的GIXRD和STEM表征
图5：机制和化学动力学的理论计算
图6：基于PyTTA-TPA/COF/MoS2的光电晶体管的光敏表征
综上，作者报道了一种扩散限制合成策略，用于在晶圆尺度上制备高结晶性的共价有机框架（COF）薄膜，这些薄膜在二维光电子学领域具有潜在应用。
研究团队通过控制前体分子的取向和单体的扩散，成功实现了在各种基底上直接合成具有高结晶度、可控厚度和低表面粗糙度的二维COF薄膜，并通过实验和理论计算揭示了其生长机制。
该研究不仅推动了COF薄膜的工业化制备进程，还为开发新型仿生视觉设备和交互式人工智能应用提供了重要的材料基础，具有广阔的应用前景，尤其是在模拟人类视觉适应功能方面显示出巨大潜力。
Liu, M., Kuang, J., Han, X. et al. Diffusion limited synthesis of wafer-scale covalent organic framework films for adaptative visual device. Nat. Commun., (2024).