光子鼻与分子材料房喻研究团队近期获得研究新进展

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超分子粘合剂因其具有可设计性强及界面粘合动态可逆等优势，已经引起了人们的广泛关注。然而正是因为超分子粘合剂的非共价键作用平衡相比共价键更易受到外界影响，因此发展环境耐受性与粘合性能优良的超分子粘合剂必将面临诸多挑战。其中，决定超分子粘合剂应用性能的关键在于其是否能够适应不同的应用场景（如空气、水、酸、有机溶剂或液化气等）并实现多种基材的高效界面粘合；从分子层面上理解并改变超分子作用平衡是实现超分子粘合剂性能调控的关键所在。
        近日，我院房喻院士领衔的光子鼻与分子材料研究团队，采用水诱导超分子作用平衡控制策略，以小分子咪唑基离子液体和含有多酚结构的单宁酸为原料，借助研磨或水溶液沉淀法，发展了系列无水或含水组合超分子粘合剂。该类粘合剂具有广泛的界面适应性，可在不锈钢、铜、铝、铁、木头和玻璃等表面实现高强界面粘合，界面粘合性能最高可达10.0 MPa（图1a），特别是当水参与前后的溶剂耐受性与超低温耐受性发生了明显变化（图1b、图2），研究证实了水在粘合剂体系中超分子作用平衡发挥着关键作用，大大拓展了超分子粘合剂界面粘合的溶剂耐受性与超低温耐受性，使粘合剂的环境适应性变得更为广泛。

图1  (a) 粘合剂基底普适性；(b) 粘合剂溶剂耐受性

图2 粘合剂低温耐受性（P1，无水体系；P1w，含水体系）

      采用分子裁剪策略，通过1H核磁滴定和分子动力学模拟探究了粘合剂的粘合机理，明确了粘合机理和水参与前后体系的超分子作用变化规律。1H核磁滴定和分子动力学模拟揭示了阴阳离子的水合过程是影响分子间阳离子-p相互作用的关键所在，相应有机溶剂耐受性研究进一步揭示了溶剂-粘合剂、粘合剂-粘合剂间相互作用平衡变化规律。在此基础上，进一步采用分子裁剪策略发展了离子液体与酚类组合制备粘合剂的通用策略。作为常规粘合剂的应用拓展，本工作获得的粘合剂可实现多种环境下的界面粘合，适用于室温纸张粘合、高低温陶瓷与石器修复、油水泄露应急补漏等。
       该研究的重大意义在于实现了分子层面上超分子作用平衡的调控，明确了界面粘合作用机制，发展了双组分超分子粘合剂的通用组合策略，为后续功能粘合剂的研制奠定基础。


       论文信息：
       Supramolecular Adhesives with Extended Tolerance to Extreme Conditions via Water-Modulated Noncovalent Interactions
       第一作者：陕西师范大学物理化学专业2020级硕士研究生关望
       通讯作者：陕西师范大学刘凯强教授
       Angewandte Chemie International Edition, doi:10.1002/anie.202303506
        https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202303506
        致谢：国家自然自然科学基金的经费支持！
        文章来源：陕西师范大学
        房喻，陕西师范大学教授。1956年9月生，陕西省西安市人，英国Lancaster大学高分子物理化学专业哲学博士。中国化学会常务理事，陕西省化学会名誉理事长，中国化学会国际事务委员会、应用化学专业委员会副主任，Langmuir顾问编委，Carbohydrate Polymers、《物理化学学报》、《影像科学与光化学》等编委。兼任国家教材委员会委员，国家基础教育专家工作委员会副主任，教育部高等学校化学类专业教学指导委员会副主任，国家高中化学课程标准修订组组长，西北大学合成与天然功能分子化学和陕西师范大学应用表面与胶体化学两个教育部重点实验室学术委员会副主任，西北工业大学高分子物理与化学和宝鸡文理学院植物化学两个陕西省重点实验室学术委员会主任，江南石墨烯研究院学委会委员。先后获得全国优秀教师、五一劳动奖章、全国先进工作者和国家级教学名师等称号。