近日，化学与化工学院国家胶体材料工程技术研究中心王旭教授课题组在动态高分子材料领域取得系列创新性研究进展，在CCS Chemistry、MaterialsHorizons、Macromolecules等期刊发表论文14篇，申请国家发明专利5件。上述研究结果聚焦动态高分子材料领域的难点问题，有机结合化学反应网络、组合化学等元素，进行了从动态高分子合成与组装到材料功能化的集中系统研究；发展了两种动态高分子精准合成方法，并在此基础上创新性地提出了瞬态调控材料界面反应性及流变学性质的概念，为解决动态高分子精准合成、动力学稳定可修复高分子材料以及瞬态材料制备等国际性难题提供了新思路。

1.动态高分子精准合成

通过构造刷状结构降低高分子链的缠结，可以提高干式离子导体的离子传导能力。基于此策略，在双三氟甲烷磺酰亚胺锂存在条件下，干式离子导电动态刷状聚合物网络由α-硫辛酸接枝的聚（乙二醇）通过光诱导开环聚合得到（图1）。该合成方法简单可靠，不需要添加剂或脱氧等额外操作，还能将多种功能集成于一体。材料具有高透明度与良好的阻燃性，其在各种有机和无机材料的表面显示出高的附着力，材料还具有出色的柔韧性和机械耐久性、优异的离子电导率以及自愈合和降解能力。该方法有望被用于制备各种功能高分子材料（Macromolecules,2022,55, 9715）。

图1.干式离子导电动态刷状聚合物网络的合成示意图

热固性高分子由于其优越的机械性能、尺寸稳定性和化学耐受性，在航空航天、军工和建筑等领域得到广泛应用。然而，由于热固性高分子网络是通过共价键交联而成，不具有可再加工性，使用后难以降解，造成环境污染和资源浪费。将超分子功能单体作为添加剂引入到热固性弹性体的主链中，可赋予交联聚合物网络以动态性。材料的机械强度、化学耐受性和可回收性得到了平衡。这种超分子添加剂法不改变合成工艺，在技术和成本上都具有可行性，实现了热固性弹性体的回收再利用（Chinese J. Polym. Sci.2022,40, 321）。

2.损伤自报警自修复高分子材料

首创了基于化学发光的水下材料损伤自报警方法。制备了内部含有反应性成分的多层疏水离子凝胶材料，当材料受损后，其内部的反应性成分暴露于水环境中从而引发级联反应调控的化学发光，进而实现了材料的损伤自报警；该材料还具有优异的导电性（σ = 0.2 mS/cm）、自愈合性能及水下应变敏感性等，其有望作为新型水下离子皮肤应用于相关领域（Mater. Horiz.2022,9, 2128，封底）。

提出了利用纯化学反应循环调控动力学稳定多功能集成材料瞬态修复性的新策略（图2）。通过将复分解反应与能量耗散过程相结合，构建了一个简单的纯化学反应循环，该循环可诱导材料损伤面产生一个临时的高反应性状态，以实现基于酰腙键的动力学稳定有机水凝胶的修复；无生物活性物质参与的纯化学反应循环对极端环境有好的耐受性，因此在体系中引入有机溶剂及高浓度的盐，从而赋予材料以优异的防冻性（–80 ºC仍柔韧）、导电性（σ = 9 mS/cm）及可再加工性；这项研究为探索简单的化学反应在设计、制造和调控多功能集成材料方面提供了新思路（CCS Chem.2022, DOI: 10.31635/ccschem.022.202101536）。

图2.利用纯化学反应循环调控动力学稳定多功能凝胶的瞬态修复性示意图

3.非平衡组装及瞬态材料

非平衡组装在自然界中广泛存在，动态组装过程调控着生物体的各种活动与行为。向自然学习，科学家们构建了一系列动态组装体系，并使用动态组装-解组装模型来描述人造非平衡组装体系的一般过程。为展现人造非平衡组装体系的多样性，构建了由鸟苷-5'-单磷酸二钠盐和脲酶共组装形成的非平衡组装体系（图3），该体系在化学燃料的驱动下可在两种不同的缔合态之间动态切换，宏观表现为溶胶-凝胶-溶胶动态相转变。基于此研究结果，提出了拓扑学动态重构非平衡组装机制，该机制将加深对现有非平衡组装体系的理解，并对设计和开发具有先进功能的瞬态软材料提供指导（Soft Matter2022,18, 3856）。

图3.拓扑学动态重构非平衡组装体系及其应用

通过合理设计将生物酶催化反应和静电作用相结合，提出了一种动态调控具有pH响应性的聚电解质水凝胶界面化学的有效策略，首次成功实现了宏观组装基元的非平衡组装。通过引入酶促反应来驱动聚电解质水凝胶表面的静电引力和斥力，从而进一步实现组装到解组装的动态过程；通过调整水凝胶的相关参数以及化学燃料的组成可以调控瞬态组装的过程，且反复添加化学燃料可以实现体系的循环组装；采用缝合生长法所制备的多层杂化水凝胶可实现精准宏观非平衡组装，并可用于制备定时投料或传质装置（J. Colloid Interface Sci.2022,623,674）。

将硼酸-二醇体系与化学燃料介导的pH自调节过程相结合，制备了一种基于动态共价硼酸酯键的瞬态高分子水凝胶。选用氢氧化钠和1,3-丙磺酸内酯作为化学燃料，通过二者间的竞争过程，实现了体系内pH的自调节，进而控制聚乙烯醇-硼酸体系的瞬态相行为，完成溶胶→凝胶→溶胶的自发相转变。材料还具有良好的剪切变稀特性和自愈合性能，该材料的寿命也可以通过调整化学燃料组成比来按需编程，在信息传递和流体引导等领域具有应用潜力。这类瞬态水凝胶材料的设计为人工非平衡体系的构建提供了一种简单而通用的方法（Chin. J. Chem.2022,40, 2794，封底）。

提出了可擦除高分子水凝胶容器的概念，利用配位作用制造了一系列具有可控流变学性能的铁配位的高分子瞬态水凝胶容器。系统地研究了水凝胶容器在不同的基底材料上与受限体系之间的界面相互作用与行为，发现随着体系极性的增加，两相界面出现规律性变化，表明水凝胶容器可用于限制非极性和弱极性的反应体系。水凝胶模板聚合的成功进一步证明了瞬态水凝胶作为反应容器的应用可行性，并验证了反应容器具有可擦除特性的重要性。形状可控的聚合物水凝胶容器兼具固体和液体容器的独立性、可擦除性和多功能性等优点，其具有作为瞬态反应容器而被应用的潜力（Colloids Surf. A2022,648, 129431）。

本年度相关研究工作得到了国家自然科学基金面上项目（21975145）、深圳市基础研究面上项目（JCYJ20190806154814347）和山东大学结构成分与物性测量平台的支持。