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中科大李闖教授 Adv. Mater.:基于CB[8]-螺吡喃主客體化學(xué)構(gòu)建光響應(yīng)超分子水凝膠
2024-08-28  來源:高分子科技

  超分子水凝膠具有網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性,在自修復(fù)材料和可回收聚合物中有著重要應(yīng)用。其中,基于主客體識(shí)別交聯(lián)的超分子水凝膠因其高度可調(diào)的主客體結(jié)合親和力以及主體大環(huán)和客體的廣泛選擇而引起了人們的極大興趣。將光開關(guān)分子引入超分子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中,將賦予材料獨(dú)特的實(shí)時(shí)響應(yīng)特性和精準(zhǔn)調(diào)控性。目前,常見的光響應(yīng)客體分子包括偶氮苯、偶氮吡唑、香豆素和二乙烯苯等,能夠通過光誘導(dǎo)異構(gòu)化或二聚改變與大環(huán)宿主的結(jié)合親和力或絡(luò)合化學(xué)計(jì)量,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)超分子凝膠微觀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和宏觀力學(xué)性能的調(diào)控。螺吡喃作為一類重要的光分子開關(guān),盡管在光驅(qū)動(dòng)和傳感中得到廣泛應(yīng)用,但因其結(jié)構(gòu)極性和非平面性阻礙了其作為客體分子構(gòu)建超分子凝膠的潛力。


  近期,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)李闖教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種新的CB[8]-螺吡喃主客體相互作用,可以在藍(lán)光和紫外光的刺激下,實(shí)現(xiàn)快速可逆的主客體識(shí)別化學(xué)計(jì)量切換(1和 11)。這種光切換的主客體結(jié)合比進(jìn)一步被用作工程化光響應(yīng)超分子水凝膠的可逆交聯(lián)單元(圖1),所得水凝膠表現(xiàn)出一系列高度動(dòng)態(tài)和快速可切換的特性,包括可逆溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變/機(jī)械軟化-硬化轉(zhuǎn)化等(圖2)。光輔助的機(jī)械軟化-硬化特性被用來有效提升超分子水凝膠的自修復(fù)效率和形狀重塑效率(圖3)。螺吡喃的光致變色特性賦予此類材料優(yōu)異的可逆光致變色和可寫特性,進(jìn)一步用于可重復(fù)使用的光圖案化和信息存儲(chǔ)加密(圖4)。此外,由于其優(yōu)異的剪切變稀和可注射性能,該超分子水凝膠可通過簡(jiǎn)單的雙光輔助擠出方式制造米級(jí)凝膠纖維,不僅具有良好的結(jié)構(gòu)完整性和擠出分辨率,而且可被靈活地編織成各種可滑動(dòng)的結(jié)和復(fù)雜的形狀,同時(shí)表現(xiàn)出可光切換的離子電導(dǎo)率(圖5)。該工作為設(shè)計(jì)新型超分子凝膠智能材料提供了新思路。


1. 超分子聚合物網(wǎng)絡(luò)中光開關(guān)主客體化學(xué)計(jì)量結(jié)合比的設(shè)計(jì)原理。


2.強(qiáng)韌超分子水凝膠光調(diào)控力學(xué)性能特性。


3. 光加速超分子水凝膠自修復(fù)和重塑。


4. 光致變色超分子水凝膠的圖案化


5. 光輔助制備導(dǎo)電超分子水凝膠纖維


  該研究成果近期以“Engineering supramolecular hydrogels via reversible photoswitching of cucurbit[8]uril-spiropyran complexation stoichiometry“的論文發(fā)表Advanced Materials。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)高分子科學(xué)與工程系李闖教授為論文通訊作者,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士研究生杜孟奇為論文第一作者。該工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、安徽省自然科學(xué)基金和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的支持。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1002/adma.202408484

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