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我国学者在离子簇增强的自修复超分子聚合物领域取得进展

2020年04月08日 09:36  点击:[]

在国家自然科学基金项目(批准号:21790361、21871084、21672060)等资助下,华东理工大学曲大辉教授研究团队在离子簇增强的自修复超分子聚合物领域取得进展。相关研究成果以“铁-羧酸离子簇增强的自修复超分子聚合物(Toughening a self-healable supramolecular polymer by ionic cluster-enhanced iron-carboxylate complexes)”为题,于2020年2月25日发表在《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed.)杂志上。论文链接:https://doi.org/10.1002/anie.201913893。

聚硫辛酸及铁-羧基络合物的二级离子簇自组装网络结构

超分子聚合物是一种独特的动态聚合材料,在刺激响应、不对称催化、自修复以及材料回收与利用等领域具有广阔的应用前景。然而,如何设计出高机械强度和自修复性能兼得的聚合材料,一直是自修复聚合物材料工业应用的难题。

在前期工作中,科研团队利用无溶剂聚合方法,将天然小分子硫辛酸(TA)一步转换成三维无定形超分子聚合物,该材料制备简单,具有优异的延展性能和快速自修复性能,但其机械模量较低,杨氏模量仅为81 KPa(Sci. Adv.2018, 4, eaat8192)。随后,利用蒸发诱导自组装技术构建了高结晶度层状结构的聚硫辛酸钠(J. Am. Chem. Soc.2019, 141, 12804)。在原有研究的基础上,研究人员发现,将反应物中铁离子浓度提升至1%摩尔比,并严格避免合成过程中空气中水分子的影响,可显著提升聚合物的机械模量(杨氏模量为5.1 MPa,是原来的约60倍),并可同时保持该聚合物网络结构良好的动态性。研究表明,机械强度的大幅度提升源于高浓度铁-羧基络合物在聚硫辛酸独特的无溶剂聚合网络中,通过强库仑力形成的长程无序离子簇,即在三种动态化学键(动态共价二硫键、非共价氢键和配位键)的基础上,进一步引入了二级离子簇交联作用。得到的超分子聚合物兼具高杨氏模量、高机械延展性能、室温自修复性能和可重复加工回收等性能。该研究工作对制备低成本、高性能、绿色的超分子聚合物材料具有重要意义。

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