Abstract A two‐dimensional (2D) sp 2 ‐carbon‐linked conjugated polymer framework (2D CCP‐HATN) has a nitrogen‐doped skeleton, a periodical dual‐pore structure and high chemical stability. The polymer backbone consists of hexaazatrinaphthalene (HATN) and cyanovinylene units linked entirely by carbon–carbon double bonds. Profiting from the shape‐persistent framework of 2D CCP‐HATN integrated with the electrochemical redox‐active HATN and the robust sp 2 carbon‐carbon linkage, 2D CCP‐HATN hybridized with carbon nanotubes shows a high capacity of 116 mA h g −1 , with high utilization of its redox‐active sites and superb cycling stability (91 % after 1000 cycles) and rate capability (82 %, 1.0 A g −1 vs. 0.1 A g −1 ) as an organic cathode material for lithium‐ion batteries.

π-Conjugated two-dimensional covalent organic frameworks (2D COFs) are emerging as a novel class of electroactive materials for (opto)electronic and chemiresistive sensing applications. However, understanding the intricate interplay between chemistry, structure, and conductivity in π-conjugated 2D COFs remains elusive. Here, we report a detailed characterization for the electronic properties of two novel samples consisting of Zn- and Cu-phthalocyanine-based pyrazine-linked 2D COFs. These 2D COFs are synthesized by condensation of metal-phthalocyanine (M = Zn and Cu) and pyrene derivatives. The obtained polycrystalline-layered COFs are p-type semiconductors both with a band gap of ∼1.2 eV. A record device-relevant mobility up to ∼5 cm2/(V s) is resolved in the dc limit, which represents a lower threshold induced by charge carrier localization at crystalline grain boundaries. Hall effect measurements (dc limit) and terahertz (THz) spectroscopy (ac limit) in combination with density functional theory (DFT) calculations demonstrate that varying metal center from Cu to Zn in the phthalocyanine moiety has a negligible effect in the conductivity (∼5 × 10-7 S/cm), charge carrier density (∼1012 cm-3), charge carrier scattering rate (∼3 × 1013 s-1), and effective mass (∼2.3m0) of majority carriers (holes). Notably, charge carrier transport is found to be anisotropic, with hole mobilities being practically null in-plane and finite out-of-plane for these 2D COFs.

Abstract Organic electrode materials are of long‐standing interest for next‐generation sustainable lithium‐ion batteries (LIBs). As a promising cathode candidate, imide compounds have attracted extensive attention due to their low cost, high theoretical capacity, high working voltage, and fast redox reaction. However, the redox active site utilization of imide electrodes remains challenging for them to fulfill their potential applications. Herein, the synthesis of a highly stable, crystalline 2D polyarylimide (2D‐PAI) integrated with carbon nanotube (CNT) is demonstrated for the use as cathode material in LIBs. The synthesized polyarylimide hybrid (2D‐PAI@CNT) is featured with abundant π‐conjugated redox‐active naphthalene diimide units, a robust cyclic imide linkage, high surface area, and well‐defined accessible pores, which render the efficient utilization of redox active sites (82.9%), excellent structural stability, and fast ion diffusion. As a consequence, high rate capability and ultrastable cycle stability (100% capacity retention after 8000 cycles) are achieved in the 2D‐PAI@CNT cathode, which far exceeds the state‐of‐the‐art polyimide electrodes. This work may inspire the development of novel organic electrodes for sustainable and durable rechargeable batteries.

Abstract The chemistry of the on-water surface, characterized by enhanced reactivity, distinct selectivity, and confined reaction geometry, offers significant potential for chemical and materials syntheses. However, the utilization of on-water surface synthesis is currently limited by the requirement for a stable air-water interface, which restricts its broader synthetic applications. In this work, we present a approach that mimics on-water surface chemistry using micelles. This method involves the self-assembly of charged surfactant molecules beyond their critical micelle concentration (CMC), forming micellar structures that simulate the air-water interface. This creates an environment conducive to chemical reactions, featuring a hydrophobic core and surrounding water layer. Utilizing such mimicking on-water surface with the assembly of porphyrin-based monomers featuring distinct confined geometry and preferential orientations, we achieve reactivity and selectivity (≥99%) in fourteen different reversible and irreversible chemical reactions. Extending the versatility of this approach, we further demonstrate its applicability to two-dimensional (2D) polymerization on micellar interfaces, successfully achieving the aqueous synthesis of crystalline 2D polymer thin layers. This strategy significantly broadens the accessibility of on-water surface chemistry for a wide range of chemical syntheses.