摘要：从单体表面合成二维（2D）聚合物是设计晶格、轨道和自旋对称性的有用策略。像其他2D材料一样，将2D聚合物有序堆叠成双层可以开发出单层材料所不具备的独特光电、电荷传输和磁性能。然而，控制2D聚合物的层堆叠仍然具有挑战性。

从单体表面合成二维（2D）聚合物是设计晶格、轨道和自旋对称性的有用策略。像其他2D材料一样，将2D聚合物有序堆叠成双层可以开发出单层材料所不具备的独特光电、电荷传输和磁性能。然而，控制2D聚合物的层堆叠仍然具有挑战性。

2025年2月20日，新加坡国立大学Kian Ping Loh、詹高磊、比利时鲁汶大学Steven De Feyter、浙江工业大学朱艺涵在国际顶级期刊Nature Chemistry发表题为《Moiré two-dimensional covalent organic framework superlattices》的研究论文，詹高磊、Brecht Koek、Yijia Yuan、刘懿宽为论文共同第一作者，Kian Ping Loh、詹高磊、Steven De Feyter、朱艺涵为论文共同通讯作者。

詹高磊，新加坡国立大学&中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员，国家高层次青年人才（2022）。2013年获得上海大学学士学位 ，2017年获得法国弗朗什-孔泰大学博士学位, 2018-2022年先后在比利时鲁汶大学、新加坡国立大学从事博士后研究。自2022年开始任中国科学院苏州纳米所i-Lab研究员。

詹高磊主要从事单分子/原子尺度高精度的聚合物化学及光（量）子态的探测和调控的研究，基于高分辨的扫描探针术（超高真空、固-液界面）研究分子的热/动力学行为、表界面结构的原子级精准制造及其与原子层材料的耦合机制，为光子计算新体系的拓展提供实验和理论支撑。近五年以第一作者/通讯作者在Nature、J. Am. Chem. Soc等化学领域权威期刊发表论文多篇。

朱艺涵，浙江工业大学教授、副院长，国家优青。2005年和2010年在浙江大学获得学士和博士学位，2010-2017年在阿卜杜拉国王科技大学担任博士后及研究科学家，2017年加入浙江工业大学任教授。

朱艺涵教授主要从事先进电子显微方法学发展和物质科学应用，相关成果在Science及其子刊、Nature子刊等权威期刊发表论文150余篇，引用次数超过20000次。

在本文中，作者报道了一种通过单体直接缩合在液体-基底界面合成2D聚合物双层或双层2D共价有机框架的方法。

更重要的是，作者还展示了单体结构和混合溶剂等因素如何影响双层堆叠模式，以及在特定条件下，扭曲的双层堆叠如何产生大面积摩尔超晶格。

这一发现为设计具有可调电子和结构特性的双层堆叠框架材料提供了新的机遇。

图1：双层2D COFs的原位STM实验与可设计的摩尔超晶格形成

图2：AA堆叠（错位/平移）及其动态堆叠过程

图3：扭曲双层摩尔超晶格与AA堆叠共存

图4：动态“刮擦”实验揭示双层COFs的层间对齐

图5：通过层间相互作用工程确定扭曲角度

综上，作者提出了一种在液体-基底界面通过单体直接缩合合成2D共价有机框架（2D COFs）双层的新方法。研究揭示了单体结构和混合溶剂组成对双层堆叠模式的影响，并发现特定条件下，扭曲双层堆叠会形成大面积的摩尔（moiré）超晶格。

该研究成功实现了对2D聚合物双层堆叠模式的精确控制，特别是通过设计不对称单体实现了具有特定扭曲角度的摩尔超晶格的形成。

这一成果不仅为2D材料的堆叠结构设计提供了新思路，还为开发具有可调电子和结构特性的双层框架材料开辟了新途径。

其在光电子学、纳米技术和柔性电子设备等领域的应用前景广阔，例如可用于制造高性能的光电器件和传感器。

Zhan, G., Koek, B., Yuan, Y. et al. Moiré two-dimensional covalent organic framework superlattices. Nat. Chem. (2025). https://doi.org/10.1038/s41557-025-01748-5.

来源：华算科技