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华东理工林嘉平团队Angew：嵌段共聚物介导的聚合物纳米棒超分子聚合

文章来源：新材料在线更新时间：2023-01-13 15:23:31

实现可控聚合是高分子化学领域的重要课题。向聚合体系中引入第二组分是调控聚合过程的有效方法，例如，著名的原子转移自由基聚合（ATRP）。胶体粒子的自组装与小分子的聚合反应存在相似之处，也被称为超分子聚合。目前所报道的胶体粒子聚合主要是线性形式，得到一维超胶体链；对于胶体粒子聚合形式的多样性缺乏探索，产物拓扑结构较为单一。另外，第二组分调控聚合的现象在胶体粒子聚合体系中很少被观察到，这一方法是否适用有待验证。

近日，华东理工大学林嘉平教授团队报道了嵌段共聚物介导的聚合物纳米棒超分子聚合。在聚合物纳米棒水溶液中，加入嵌段共聚物第二组分，可以调控超分子反应，发生新颖的“肩并肩”并排聚合现象，并形成独特的捆绑束状多级结构。疏水刚性的聚(γ-苄基L-谷氨酸酯)（PBLG）均聚物在含水的有机溶剂中自组装形成纳米棒，PBLG的主链与纳米棒的长轴方向平行；由于其表面的疏水性，纳米棒发生无序聚集，形成不规则的结构。当体系中加入聚(γ-苄基L-谷氨酸酯)-嵌段-聚乙二醇（PBLG-b-PEG）嵌段共聚物时，纳米棒仍能形成，但是其无序聚集行为被抑制；通过静置培养，纳米棒“肩并肩”聚合形成束状有序结构。随着束状聚集体的形成，嵌段共聚物在其表面逐渐组装形成纳米螺纹，纳米棒的聚合终止，最终得到捆绑束状多级结构的聚合产物。

在实验研究的基础上，进一步开展了理论模拟研究，提出了嵌段共聚物调控纳米棒超分子聚合行为的机理。纳米棒的两端相对于其柱形侧面曲率较大，能量较高，PBLG-b-PEG嵌段共聚物倾向于在纳米棒两端富集（其中疏水的PBLG嵌段靠近纳米棒，亲水的PEG嵌段向外舒展）。因此，纳米棒的两端相对亲水、中间柱形侧面相对疏水。在亲疏水作用驱动下，纳米棒发生并排聚合形成纳米束。

该工作丰富了聚合物胶体粒子超分子聚合产物的结构，拓展了聚合物纳米棒等胶体粒子超分子聚合的研究范围，并为构建通用的可控超分子聚合体系提供了启示。近日以“Supramolecular polymerization of polymeric nanorods mediated by block copolymers”为题发表在化学领域重要刊物Angew. Chem. Int. Ed. (DOI: 10.1002/anie.202216872)。论文共同第一作者是华东理工大学材料科学与工程学院博士生姚懿珂和特聘副研究员高梁，通讯作者为蔡春华教授和林嘉平教授。

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