基于树枝状大分子电解质/嵌段共聚物电解质静电组装的超分子聚合物凝胶

Construction of supramolecular gel having high modulus and excellent stimuli-responsive properties is an important issue in the chemical and materials science area. In this project, considering highly branched architectures and distinct peripheries, dendritic cationic electrolytes are designed and synthesized, and electrostatic co-assemblied with triblock anionic copolyelectrolytes to construct supramolecular polymer gels. We endeavored to construct a series of supramolecular polymer gels with high modulus, good stimuli-responsibility, and excellent self-healibility, based on the well understanding of the relationship between the topological structure, size, and charge density of dendritic electrolytes as structural motifs and the resultant supramolecular gel’s properties. Furthermore, combined with pH and salt-sensitivity of weak electrolytes and thermo-responsibility of block copolymers, these gels can be employed to fabricate multi-responsive materials. Eventually, the success of this project will provide a new approach for the development of high-performance supramolecular polymer gels with excellent comprehensive properties and prompt the exploration of new systems for supramolecular gels.

如何获得力学性能和刺激响应性俱佳的超分子凝胶是化学科学和材料科学领域一个重要的科学问题。该申请项目旨在利用树枝状大分子电解质丰富的外围电荷和特有的三维结构，将其与三嵌段聚电解质通过静电作用构筑超分子聚合物凝胶，系统研究树枝状大分子电解质的结构、尺度、电荷密度与超分子凝胶的组装形态、力学强度、刺激响应性和自修复性之间的关系，深入理解构筑基元的拓扑结构对超分子凝胶性能的影响机制，为获得力学强度较高、刺激响应性好、自修复迅速完全的超分子聚合物凝胶提供新的思路。有效结合弱电解质对pH、离子强度的刺激响应性和聚合物的温度敏感特性，制备多重刺激响应的超分子聚合物凝胶，为其在智能材料方面的应用奠定理论和实验基础。

通过线型三嵌段聚电解质与多金属氧簇（Eu-POM）和含有四个磺酸基的四苯基乙烯衍生物（TSTPE）之间的静电相互作用获得可自支撑的超分子水凝胶。该杂化水凝胶具有优异的力学性能，并且其力学性能可以通过改变浓度、离子强度以及Eu-POM和TSTPE的比例加以调节。该杂化水凝胶还具有良好的自修复性，在连续破坏‒修复多次后，其力学性能可以迅速完全恢复，但是其修复速度随着具有较小体积的TSTPE加入而变快。同时，该凝胶的荧光颜色可通过Eu-POM和TSTPE比例的改变而调节，为该杂化凝胶在荧光传感领域的应用提供可能。另一方面，单一地应用树枝状大分子电解质作为凝胶的构筑基元，发现树枝状分子在3代以下无法获得水凝胶，只能得到粘度较大的溶液。推测可能是由于低代数的树枝状分子外围的电荷密度不够，以及整个分子的刚性不足所致。.另一方面，通过“点击”化学等方法高效地制备出结构可控的侧链型梳状聚电解质，并对其作为阴离子交换膜材料应用进行深入表征。结果表明，相较于主链型，侧链型结构会显著提高阴离子交换膜的离子电导率和化学稳定性，且主链与功能阳离子之间间隔基长度为3-6个亚甲基长度时性能最优。系统研究大位阻取代基及其取代位置对季铵、咪唑鎓盐的稳定性影响规律，制备出一系列碱解稳定性较好的阴离子交换膜材料。首次将氢键相互作用引入到阴离子交换膜中，获得了力学性能优异、溶解性好、尺寸稳定和离子电导率高等综合性能优异的阴离子交换膜材料。.以上结果在Chem. Sci., Chem. Commun., J. Membr. Sci., Polymer, J. Polym. Sci, Part A: Polym. Chem.等国际知名期刊上发表论文8篇，申请中国发明专利4项，其中1项已授权。培养硕士研究生5名。