利用分子工程策略，通过控制本征动态分子的自组装行为来调控物质的宏观性能，为智能材料的理性设计提供了重要解决方案。将动态二硫键与非共价自组装相结合，通过多重动态键的精准协同与耦合，可实现高性能动态聚合材料的高效创制。近日，我校化学与分子工程学院、费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心曲大辉教授课题组在该领域取得重要进展，该课题组研制了一种高强度水下粘附材料和一种有序离子薄膜材料，相关研究成果分别发表于中国综合性旗舰刊Natl. Sci. Rev.和中国化学会旗舰刊CCS Chemistry。
通过分子工程策略来创造坚固且防水的粘附材料，促进了对界面粘附机制的基本理解，有望进一步推动未来生物医学粘附材料的应用。对此，研究人员提出了一种简单有效的策略，将天然硫辛酸和贻贝激发的铁-邻苯二酚配合物相结合，制备了一种高强度(> 5 MPa)的水下粘附材料，同时在不同的表面上显示出显著的高粘附强度 (最高可达11.7 MPa)。实验结果表明，铁-邻苯二酚配合物的强交联作用以及高密度的氢键是导致超高界面粘接强度的原因，疏水性聚二硫化物网络的包埋效应进一步增强了防水性能。动态共价聚二硫网络赋予材料可重构特性，可通过反复加热和冷却实现重复使用。这种分子工程策略为动态超分子粘附材料的设计和构建提供了通用的解决方案。该成果以“Robust and dynamic underwater adhesives enabled bycatechol-functionalized poly(disulfides) network”为题，发表于Natl. Sci. Rev.。
另一方面，将二硫化物介导的开环聚合与类β-折叠氢键自组装相结合，可以驱动小分子一步组装成构型精确可调和离子传输功能可控的有序性离子网络。该策略利用一步蒸发诱导自组装，指导离散小分子形成高结晶度的层状离子网络。通过改变寡肽侧链的长度，可以以纳米精度调控网络层间距。层状结构和末端亲水基团的协同作用促进了层间水通道的形成，使组装膜具有高效的离子传输性能。此外，得益于聚二硫网络的本征动态性，研究人员实现了在温和的条件下对单体进行化学回收。作为第一例具有闭环化学可循环性能的高性能聚电解质，这种简单而高效的分子工程策略将为导电聚合物、传感器和智能致动器的设计提供重要依据和思路指导。该成果以“Highly ordered supramolecular assembled networkstailored by bioinspired H-bonding confinement for recyclable ion-transportmaterials”为题，发表于CCS Chemistry。
上述两项研究工作主要由我校化学学院博士生施晨宇在曲大辉教授的指导下完成，并得到了田禾院士的悉心指导。该研究工作还得到了国家自然科学基金委杰出青年基金、材料生物学与动态化学教育部前沿科学中心、上海市科技重大专项、上海科学技术委员会、费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心及华东理工大学张江树优博重点培育计划等项目资金的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwac139；https://doi.org/10.31635/ccschem.022.202202158