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  氫鍵驅(qū)動自組裝是一種廣泛應(yīng)用的合成超分子高分子材料的方法。許多通過氫鍵制備的超分子聚合物具有優(yōu)異的動力學(xué)性質(zhì)和功能。在超分子聚合物中，將水分子作為聚合物中不可缺少的共聚單體，一方面可以實(shí)現(xiàn)無溶劑的超分子聚合；另一方面，它充分展示了水參與氫鍵的多功能性，并擴(kuò)展了水在超分子化學(xué)中的應(yīng)用。由于水和聚合物重復(fù)單體之間的關(guān)系極其復(fù)雜，水參與超分子聚合物的設(shè)計(jì)仍然很困難。

  近日，湖南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院董盛誼教授和趙萬祥教授的合作團(tuán)隊(duì)在水參與形成氫鍵的超分子黏附材料等研究上取得重要進(jìn)展。該成果以“Formation of a Supramolecular Polymeric Adhesive via Water–Participant Hydrogen Bond Formation”為題發(fā)表在《美國化學(xué)會志》（J. Am. Chem. Soc., doi: 10.1021/jacs.9b02677，IF = 14.357)上。化學(xué)化工學(xué)院碩士研究生張巧為該論文第一作者，化學(xué)化工學(xué)院李滔助理教授和環(huán)境工程與科學(xué)學(xué)院段阿冰助理教授為共同第一作者，董盛誼教授、趙萬祥教授和猶他大學(xué)Peter J. Stang教授為共同通訊作者。

Figure 1. Synthesis of I and II

  該項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)利用非粘性、非聚合物的單體通過Pt-吡啶配位水-冠醚氫鍵結(jié)合起來制備超分子聚合物粘合劑（圖1）。單體I在高溫或低溫、濕度變化以及有無水或有機(jī)溶劑的條件下，既沒有吸水性也沒有粘附性（圖2a）。而與Pt配位后的產(chǎn)物II在干燥狀態(tài)下是亮黃色固體，在室溫下沒有粘性, 但是放在空氣中能迅速吸收空氣中的水分，利用水和冠醚的氫健作用形成高度粘稠的黏附材料（圖2b）。從II-水混合物中能輕松提取出長而柔韌的粘性纖維（圖2c）。

Figure 2. Water absorption behavior of (a) I and (b) II, and (c) fibers drawn from II-water mixtures.

  該超分子聚合物粘合劑對親水表面（例如玻璃和紙）顯示出強(qiáng)的、可逆的粘合性。例如，在玻璃表面上涂覆II-水混合物將兩塊玻璃板連接在一起，即使當(dāng)懸掛重達(dá)12kg的重量時，也未觀察到玻璃板的分離或錯位（圖3c）。II-水黏附材料的粘附性是溫度依賴性的，并且隨著溫度的增加而減弱。一旦溫度超過50℃，就可以相對容易將兩塊玻璃板分開。然而，溫度降低迅速恢復(fù)了強(qiáng)粘附力。循環(huán)測試表明這種粘合劑的黏性是可逆的，多次循環(huán)之后，粘合強(qiáng)度沒有明顯的降低（圖3b）。

Figure 3. Quantitative adhesion experiments involving (a) II-water adhesion at different temperatures and (b) cycling tests of II-water adhesion. (c) Macroscopic adhesion tests of II-water adhesion on glass and paper. The adhesion areas are 7.5 ×7.5 cm2 and 4.0 ×3.5 cm2, respectively.

  論文鏈接：https://doi.org/10.1021/jacs.9b02677