Science Advances報道我校動態(tài)共價二硫聚合物材料研究進展
????當今高速發(fā)展的人類社會和科技轉(zhuǎn)型使得智能材料的設(shè)計和開發(fā)成為構(gòu)建新一代智能制造工業(yè)體系的關(guān)鍵核心之一。發(fā)現(xiàn)和拓展動態(tài)分子基元是構(gòu)筑動態(tài)智能材料的化學基礎(chǔ)。近日，我?；瘜W與分子工程學院曲大輝研究團隊在動態(tài)共價二硫聚合物材料領(lǐng)域再次取得突破，相關(guān)研究成果發(fā)表于《科學進展》（Science Advances, 2022, 8, abk3286）。
????近年來，我校田禾院士和曲大輝教授課題組開發(fā)了一類基于天然小分子硫辛酸的動態(tài)超分子材料，在自修復(fù)彈性體，有序組裝聚合物薄膜，化學回收高分子等方面已取得系列進展（Science Advances, 2018, 4, eaat8192; J. Am. Chem. Soc.2019, 141, 12804-12814; Angew. Chem. Int. Ed.2020, 59, 5278-5283; Matter, 2021, 4, 1352-1364; J. Am. Chem. Soc.2022, 10.1021/jacs.1c10359）。然而，該體系由于其依賴羧基的非共價交聯(lián)作用，如氫鍵、金屬配位鍵、離子鍵等，難以形成機械堅固的高性能材料，使得這類材料的應(yīng)用僅限于軟材料領(lǐng)域。為了解決這一根本問題，研究人員在原本硫辛酸分子基元的基礎(chǔ)上，通過一步化學修飾得到可量產(chǎn)制備的硫辛酰肼 (Thioctic acylhydrazine, TAH)。通過X射線單晶結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，該TAH基元的酰肼側(cè)鏈能夠自組裝形成高密度的網(wǎng)狀氫鍵結(jié)構(gòu)（reticular H-bonds），且每個酰肼基元能夠形成6根分子間氫鍵。這一獨特的氫鍵締合單元也使得聚硫辛酰肼材料的楊氏模量相比于聚硫辛酸材料提高了2個數(shù)量級，且能夠在催化聚合條件下進一步提升至超過0.3 GPa級別，這一簡單結(jié)構(gòu)變化帶來的性能飛躍也使得聚硫辛酸類材料的拉伸模量范圍首次覆蓋到工程塑料的范圍（與聚四氟乙烯相當），本質(zhì)上拓展了該類材料的應(yīng)用范疇。同時，該高模量材料由于其化學鍵的動態(tài)性，能夠?qū)崿F(xiàn)溫和條件下（30-40度）的高效自修復(fù)和機械再加工，為延伸高性能聚合物材料的使用壽命、促進塑料工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了新的策略。
????該研究工作主要由我校博士生鄧媛昕完成，得到了我校田禾院士、曲大輝教授、Ben L. Feringa教授的悉心指導(dǎo)。該工作得到國家自然科學基金、材料生物學與動態(tài)化學教育部前沿科學中心、上海市科技重大專項、上?？茖W技術(shù)委員會、費林加諾貝爾獎科學家聯(lián)合研究中心、中國留學基金委等項目資金支持。
相關(guān)論文信息：
Acylhydrazine-based reticular hydrogen bonds enable robust, tough, and dynamic supramolecular materials
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abk3286
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