湖南大学J. Am. Chem. Soc.: 通过水参与氢键形成的超分子聚合物粘合剂

【引言】

氢键驱动的自组装是一种广泛认可的组装方法。它可以通过结合不同的结构单元来构建功能性超分子聚合物材料。通过氢键作用构建的许多超分子聚合物普遍显示出一系列动力学性质和功能。在超分子聚合中，与水有关的氢键不仅稳定了聚合物结构，而且扩展了超分子聚合物的应用。然而，由于聚合过程中的氢键形成会与水分子产生强烈的竞争，纯粹通过氢键在水中进行超分子聚合是十分困难的。 因此，作为一种生物科学概念的结构水，已被引入超分子聚合物化学。

使用水分子作为聚合物中不可缺少的共聚单体一方面可以实现无溶剂的超分子聚合；另一方面，它充分证明了水参与氢键的多功能性，并扩展了水在超分子化学中的应用。然而，水参与的超分子聚合物的设计依然面对许多困难，因为水和聚合物重复单体之间的关系具有很强的模糊性。

【成果简介】

近日，湖南大学董盛谊教授和赵万祥教授团队通过水参与的氢键由非粘性非聚合物材料制备超分子聚合物粘合剂。在这个工作中，作者通过Pt-吡啶配位和水-冠醚氢键结合起来实现超分子聚合。所得到的超分子聚合物粘合剂对亲水表面显示出很强且可逆的粘合性。这一特性预示着氢键在先进的超分子材料中的应用。该成果以题为“Formation of a Supramolecular Polymeric Adhesive via Water-Participant Hydrogen Bond Formation”发表在J. Am. Chem. Soc.上。

【图文导读】

Figure 1.单体和聚合物的表征

(a,b).粘合剂材料Ⅱ和非粘性单体Ⅰ的合成与氢谱

(c,d).通过计算和实验得到的高分辨质谱

Figure 2.单体和聚合物的吸水行为

Figure 3.可逆的温度依赖性流变测试

(a,b).Ⅱ-水混合物的黏度和模量

(c,d).Ⅰ和Ⅱ的DFT计算

Figure 4.定量粘附测试

(a).Ⅱ-水混合物在不同温度下的黏度

(b).Ⅱ-水混合物黏度循环测试

(c).Ⅱ-水混合物在玻璃板和纸上的黏度测试

【小结】

在这个研究中，作者设计并成功制备了具有高粘度和低流动性的交联超分子聚合物。通过引入基于Pt的配位反应实现了两种非粘性单体向超分子聚合物粘合剂的转化。在将II分子组装成高分子量超分子聚合物时，加入水分子是必不可少的。基于Pt的配位和水参与的氢键键合对于实现超分子聚合和强附着是至关重要的。此外，还实现了由水-冠醚氢键的热力学性质所维持的可恢复的粘附行为。在这项工作中获得的单体结构和粘附性能之间的关系有助于设计冠醚涉及的超分子粘合剂体系。

Formation of a Supramolecular Polymeric Adhesive via Water-Participant Hydrogen Bond Formation

(J. Am. Chem. Soc., 2019, DOI: 10.1021/jacs.9b02677)

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