诺奖得主再发《JACS》：完全光控的“超级凝胶剂”
文章来源：新材料在线 更新时间：2021-04-14 16:06:31
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作为高度组织的组装体，超分子聚合物在化学，生物和材料科学领域都是非常重要的研究内容。其丰富的功能可以被应用于构筑传感器，电子设备以及生物医药材料中。超分子聚合物往往会形成各种凝胶。目前对于超分子聚合物的研究主要集中在其刺激响应的性质上，例如通过外界刺激，比如光，超声，化学刺激等控制单体的聚合及解聚合，从而发展刺激响应性及适应性材料。在这些刺激信号中，由于光是一种非侵入性的刺激方式，而且具有较高的时空分辨率，因此受到该领域的重视，成为最有潜力的外界刺激方式。最常用的一种利用光来调控超分子体系的方式是通过分子的光异构化来进行。最近有关超分子组装的大多数研究都集中在光调节聚集体的形成和解构的响应特性上，例如溶胶-凝胶转换，体积，形貌的转变等。在光响应的超分子聚合物中，往往都是通过光刺激及随后光异构化片段的热驰豫过程来实现聚合的可逆性，很少有报道完全使用光来调控超分子聚合物的形成和解聚，以及相应材料的宏观性质的变化。
为此，诺贝尔奖获得者，荷兰格罗宁根大学Ben L. Feringa教授团队使用带有两个脲片段的光响应的刚性苯乙烯分子作为单体，通过不同波长的光照使其发生顺反异构化，从而通过光可逆的调控单体的聚合及解聚，最后实现了完全使用光调控的可进行溶胶-凝胶转变的材料。该结构以题为“From Photoinduced Supramolecular Polymerization to Responsive Organogels”发表在《JACS》上。
文章亮点：
1. 使用刚性双脲苯乙烯单体，由于具有较高的光稳态，因此与传统的光异构化材料相比不容易发生热驰豫从而使聚合物自发解体。通过实验发现，该单体在使用365 nm波长的光照射15分钟后，光稳态为cis:trans = 33:67,使用385 nm波长的光照射后，光稳态为cis:tran ≥ 99:1；
2. 单体分子在处于顺式时脲片段仅产生分子内氢键，光照转变为反式后，可产生分子间氢键，从而产生超分子聚合物；
3. 溶剂适用范围广，形成凝胶能力强。在甲苯溶液中，其临界聚合浓度为1.3 mg/ml，在四氢呋喃中为3.0 mg/ml。可以被归类为“超级凝胶剂”；
4. 具有原位形成凝胶以及凝胶-溶胶转变能力。使用385 nm光照，单体在10分钟之内即可形成凝胶纤维，使用365 nm光照30分钟，凝胶即可可逆地转变为溶胶。
 图1. 超分子聚合物的可逆光转变 |
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