超分子聚合物作为一类独特的动态聚合物材料，在高性能弹性体、自修复材料等领域具有广阔的应用前景。近日，华东理工大学化学与分子工程学院曲大辉教授研究团队在超分子自修复聚合物领域研究工作取得进展，相关成果以研究论文形式在线发表于国际化学领域著名期刊德国应用化学Angew. Chem. Int. Ed. 。
在前期工作中，该课题组开拓出一种全新的聚合方法能够将天然小分子硫辛酸一步转化成高性能聚合物材料（Sci. Adv. 2018, 4, eaat8192; JACS, 2019, 141, 12804）。虽然这种无溶剂聚合方法制备的聚合物材料展现了高延展率和快速自修复性能，但是它的机械模量较低（仅81KPa），这无疑限制了其在高性能材料领域的应用。同时，高强度的弹性体往往导致网络的低动态性，限制了其室温自修复性能。因此，如何设计出兼具高强度和室温自修复性能的弹性体材料是该类材料设计长期存在的挑战。研究人员发现，在原本体系和方法的基础上，将铁离子浓度提升至1%摩尔比，并且避免合成过程中从空气中引入的水分子，能够明显提升聚合物的机械模量（超过60倍），并且良好保持该网络的动态性，即展现出优异的机械延展性和室温自修复性能。通过X射线衍射、散射等技术证明，机械强度的大幅度提升源于高浓度铁-羧基复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长程无序的离子簇，即在原本三种动态化学键的基础上进一步引入二级离子键交联作用。得到的聚合网络具有高杨氏模量（5.1 MPa），高机械延展性（超过6500%），室温自修复（可以在水下进行），可重复加工回收性等。该工作作为前期开创性工作的延伸，进一步推动了聚硫辛酸自修复聚合物的性能改善。该成果以“Toughening a Self-Healable Supramolecular Polymer by Ionic Cluster Enhanced Iron-Carboxylate Complexes”为题发表于Angew. Chem. Int. Ed.。
该工作由博士生邓媛昕、张琦博士在曲大辉教授的指导下完成，并得到了田禾院士、费林加院士的悉心指导。相关同步辐射测试得到了上海光源BL19U2线站李娜博士的大力支持。该研究工作得到了国家自然科学基金委重大项目、基础科学中心、上海市重大科技专项以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。
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