生物超分子的存在強(qiáng)調(diào)了多組分的協(xié)同作用，這有助于構(gòu)建生物分子的性和高性能。蛋白質(zhì)等生物超分子性質(zhì)通常與氨基酸序列有關(guān)，這些氨基酸序列通過共價(jià)和超分子相互作用構(gòu)架生物分子交聯(lián)。例如，胚蛋白解旋酶和貽貝足蛋白中，陽離子氨基酸的位置促進(jìn)了細(xì)胞器和海洋粘合劑中生物分子的聚集和交聯(lián)。同樣，聚合物合成中的交聯(lián)也對(duì)等級(jí)結(jié)構(gòu)、雜化界面和整體性質(zhì)起著關(guān)鍵作用。序列交聯(lián)技術(shù)的缺乏限制了構(gòu)建具有程序特性的聚合物復(fù)合材料的可能性。人們對(duì)控制聚合物主鏈上不同重復(fù)單元的序列有很大的興趣，但是如何設(shè)計(jì)局部基團(tuán)化序列，來催化溫和條件下的聚合物交聯(lián)反應(yīng)一直是個(gè)難題。

聚合物交聯(lián)對(duì)于制備和鞏固層狀納米和微觀結(jié)構(gòu)、雜化界面和整體組裝至關(guān)重要。基于此，華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院能量轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)能材料化學(xué)教育部實(shí)驗(yàn)室的趙強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)展示了在聚離子液體(PILs)的重復(fù)單元中編碼的“陽離子-亞甲基-腈”(CMN)功能序列，該序列使得氰基可以在溫和條件下環(huán)化。

圖1. 促進(jìn)PILs交聯(lián)的“陽離子-甲基-腈”(CMN)序列的設(shè)計(jì)：(a) 在離子液體單體及其聚合物中編碼CMN序列；(b)從具有序列的PCMVimNTf₂（圖3a中的P3）制備獨(dú)立的納米膜；(c, d) 漂浮在水上的納米膜和空氣中的納米膜的光學(xué)顯微照片；(e) 納米膜表面的原子力顯微鏡高度圖像；（f） 膜厚與PCMVimNTf₂鑄膜液濃度的關(guān)系

（圖片來源：Materials Horizons）

通過溫和條件下氨氣（0.2 bar, 20 °C）處理PILs，CMN序列促進(jìn)的新反應(yīng)很容易將原先的材料轉(zhuǎn)化為獨(dú)立的納米膜（厚度約19 nm）和納米復(fù)合膜。

圖2. 序列促進(jìn)PILs交聯(lián)的表征：(a) NH₃處理過的PCMVimNTf₂納米膜在DMSO、DMF、EtOH、乙腈和水（pH=12和2）中浸泡24小時(shí)，一小瓶顯示未經(jīng)處理的PCMVimNTf₂溶解在DMSO中；(b) 原始PCMVimNTf₂、NH₃處理的納米膜和DMSO處理的納米膜的元素組成。NH₃處理前后PCMVimNTf₂的(c, d) FT-IR和固態(tài)¹³C NMR譜；(e) NH₃處理過的PCMVimNTf₂納米膜的XPS分析

（圖片來源：Materials Horizons）

圖3. “陽離子-甲基-腈”序列的驗(yàn)證。(a) 設(shè)計(jì)了7種聚合物（P1～P7），并用NH₃蒸氣（0.2 bar，20 °0，10 h）處理。“No”表示經(jīng)NH₃處理的膜可溶于DMSO；“Yes”表示經(jīng)NH₃處理后形成的耐溶劑膜；(b) 原始PCMVimNTf₂聚合物、NH₃處理膜、NH₃蒸氣和水熱處理（pH=10、80 °C、72 h）的應(yīng)力-應(yīng)變曲線；(c PCMVimNTf₂納米膜的扭曲和形狀恢復(fù)；(d, e)由P4和P5制成的經(jīng)NH₃處理的膜的照片。

（圖片來源：Materials Horizons）

這種材料在各種溶劑、pH值甚至沸水中都很穩(wěn)定，表現(xiàn)出的機(jī)械強(qiáng)度和太陽能熱脫鹽性能。該序列易于合成，適用于其它共聚物，兼容咪唑、吡啶、三唑等多種陽離子。

圖4. 序列促進(jìn)交聯(lián)的PILs納米復(fù)合材料。(a) PCMVimNTf₂/CNT/UiO-66-COOH納米復(fù)合膜的制備。PIL/UiO-66-COOH/CNT質(zhì)量比為25:66:9；(b, c) NH₃處理和未處理納米復(fù)合膜在沸水中浸泡24小時(shí)后的光學(xué)照片；(d, e) 納米復(fù)合膜在沸水處理前后的表面形貌

（圖片來源：Materials Horizons）

圖5. 序列促進(jìn)納米復(fù)合膜的太陽能蒸汽性能。(a) 不同材料在1次太陽光照射下的水分蒸發(fā)率；(b)經(jīng)NH₃處理的納米復(fù)合膜（直徑4 cm）在一次太陽光照射下對(duì)水的太陽熱蒸發(fā)性能的穩(wěn)定性；(c)復(fù)合膜的蒸發(fā)率與的碳基復(fù)合材料的比較；(d) PCMVimNTf₂/CNT/UiO-66-COOH膜處理海水、河水、油/水和廢水時(shí)的水分蒸發(fā)

（圖片來源：Materials Horizons）

綜上，文章提出了一種新的聚合物交聯(lián)的概念：序列編碼聚合交聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定方式和位點(diǎn)的交聯(lián)，該可編程交聯(lián)聚合物可用于可持續(xù)能源和水的應(yīng)用。

原文鏈接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2020/mh/d0mh00795a

原文作者：

Zhiyue Dong, Chongrui Zhang, Huawen Peng, Jiang Gong, Hong Wang, Qiang Zhao and Jiayin Yuan

DOI: 10.1039/D0MH00795A

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