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闫强课题组Angew. Chem. Int. Ed.最新报道: 利用CO2作为“气体胶水”桥连动态分子网络

发布时间:2018-11-23 

作为功​​能性软材料体系,分子凝胶一直受到智能材料领域的青睐。分子凝胶主要依赖于分子之间的物理或化学交联,形成贯穿的分子网络;涉及物理交联的凝胶(即超分子相互作用)称为物理凝固。涉及化学交联的凝胶(即交联剂)被称为化学凝胶。到目前为止,各种弱相互作用或各种类型的分子,例如有机物质,纳米颗粒,肽,蛋白质,核酸甚至药物分子,已经成功地用作交联剂以构建分子网络以制备智能凝胶材料。然而,气体分子从未用作交联剂。

最近,澳门太阳城网站-平台的严强提出了一种利用路易斯酸和碱封闭原理构建第二代二氧化碳诱导聚合物体系的策略(Angew.Chem.Int.Ed.2018,57,9336- 9340)。基于路易斯酸碱对二氧化碳气体分子高活化的策略,研究小组进一步设计了一种互补的三叶草型路易斯酸碱对分子(B3/P3),满足封闭路易斯的结构特征。酸碱。在溶液中形成天然加合物是不可能的,但它可以在分子间形成高度活化的结构空间,并可以活化各种惰性气体分子,如CO2,产生一种CO2桥交联分子网络结构(B3) ⸱CO2⸱P3,如图1所示,构成宏观凝胶系统。

图1.二氧化碳作为“气胶”交联三叶草型互补路易斯酸碱对形成分子网络

深入研究发现,这种硼 - 磷中心桥接了CO2的化学键(BOC(=O)-P),它具有共价键的特征和主族元素的配位键的性质,类似于超分子。相互作用使得形成的桥具有动态化学键的特征。热可逆解离可以在平衡状态下发生,在初始状态下从固定分子网络热解成小分子并释放CO 2气体;它还可以与硼或磷中心的其他路易斯酸或碱进行动态交换反应(动态交换),为网络提供动态可调的性质。此外,这种分子水平的CO2诱导的动态化学键与分子网络凝胶的宏观物理性质密切相关,外部CO2气体的浓度水平直接控制着粘弹性,机械性能和自愈合性能。凝胶形成。当CO2含量高时,形成的凝胶具有极高的粘弹性和机械性能,粘度系数超过1200,凝胶拉伸张力超过3MPa,断裂伸长率达到420%,远远超过传统有机缩合的大部分。胶水的典型机械强度。当切割凝胶时,可以通过吹扫横截面中的CO 2气体来实现凝胶的自愈合,并且空气中包含的痕量CO 2气体可以实现65%的修复率。

本研究首次采用CO2气体作为一种有效的分子胶来实现分子网络的构建,突破了惰性气体在宏观材料中难以使用的局限性,提出了“气体凝胶材料”。新概念。

相关研究结果已在线发表在化学工业权威杂志《德国应用化学Angew. Chem. Int. Ed.》上,参见二氧化碳交联沮丧路易斯网络作为气体调节动态共价材料,DOI: 10.1002/anie.201812365。澳门太阳城网站-平台和高分子分子工程国家重点实验室是唯一的单位。博士生陈亮和刘仁杰是共同作者,严强是交流的作者。

(严强,写作和贡献)

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