Science Advances報(bào)道我校動(dòng)態(tài)共價(jià)二硫聚合物材料研究進(jìn)展
????當(dāng)今高速發(fā)展的人類社會(huì)和科技轉(zhuǎn)型使得智能材料的設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)分子基元是構(gòu)筑動(dòng)態(tài)智能材料的化學(xué)基礎(chǔ)。近日，我?；瘜W(xué)與分子工程學(xué)院曲大輝研究團(tuán)隊(duì)在動(dòng)態(tài)共價(jià)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(xué)進(jìn)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(dòng)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(xué)回收高分子等方面已取得系列進(jìn)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(jià)交聯(lián)作用，如氫鍵、金屬配位鍵、離子鍵等，難以形成機(jī)械堅(jiān)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(xué)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(gè)酰肼基元能夠形成6根分子間氫鍵。這一獨(dú)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(gè)數(shù)量級(jí)，且能夠在催化聚合條件下進(jìn)一步提升至超過0.3 GPa級(jí)別，這一簡(jiǎn)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(dāng)），本質(zhì)上拓展了該類材料的應(yīng)用范疇。同時(shí)，該高模量材料由于其化學(xué)鍵的動(dòng)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(jī)械再加工，為延伸高性能聚合物材料的使用壽命、促進(jìn)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(xué)基金、材料生物學(xué)與動(dòng)態(tài)化學(xué)教育部前沿科學(xué)中心、上海市科技重大專項(xiàng)、上?？茖W(xué)技術(shù)委員會(huì)、費(fèi)林加諾貝爾獎(jiǎng)科學(xué)家聯(lián)合研究中心、中國留學(xué)基金委等項(xiàng)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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