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  分子凝膠作為一種功能性軟物質(zhì)體系，一直備受智能材料領域的青睞。分子凝膠主要依靠分子之間的物理或化學的交聯(lián)點（cross-links）形成貫穿連通的分子網(wǎng)絡（network）；其中涉及物理交聯(lián)（即超分子相互作用）的凝膠稱為物理凝膠，涉及化學交聯(lián)（即交聯(lián)劑）的凝膠稱為化學凝膠。截至目前，各種弱相互作用或各類型分子，如有機物、納米顆粒、多肽、蛋白、核酸甚至藥物分子都已經(jīng)成功作為交聯(lián)劑來構(gòu)建分子網(wǎng)絡，制備智能凝膠材料。然而，氣體分子卻從未被利用為交聯(lián)劑來使用。

  最近，復旦大學高分子科學系閆強研究員課題組提出利用受阻路易斯酸堿對原理構(gòu)建第二代CO2感應性聚合物體系的策略(Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 9336-9340)�；谠摬呗月芬姿顾釅A對分子對CO2氣體的高度活化作用，課題組進一步設計出一種互補的三葉草型路易斯酸堿對分子（B3/P3），該分子對滿足受阻路易斯酸堿對結(jié)構(gòu)特點，無法在溶液中形成自然的加合物，但卻可以在分子間形成高度活化的結(jié)構(gòu)空間，能夠激活多類惰性氣體分子，如CO2等，產(chǎn)生一類CO2橋式交聯(lián)的分子網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)（B3·CO2·P3，如圖1所示），構(gòu)成宏觀的凝膠體系。

圖1. CO2作為“氣體膠水”交聯(lián)三葉草型互補路易斯酸堿對形成分子網(wǎng)絡

  深入研究發(fā)現(xiàn)，這種硼-磷中心橋連CO2的化學鍵（B-O-C(=O)-P），既具有共價鍵的特征，又滿足主族元素配位鍵的性質(zhì)，類似于一種超分子相互作用，使得形成的橋鍵具有動態(tài)化學鍵的特質(zhì)。在平衡狀態(tài)下可以發(fā)生熱可逆的離解，從固定的分子網(wǎng)絡熱解為初始態(tài)的小分子并釋放CO2氣體；也可以與其它具有硼或磷中心的路易斯酸或堿發(fā)生動態(tài)交換反應（dynamic exchange），賦予該分子網(wǎng)絡動態(tài)可調(diào)的特性。而且，這種分子層次的、CO2誘導的動態(tài)化學鍵與分子網(wǎng)絡凝膠的宏觀物理性質(zhì)緊密相連，外部CO2氣體的濃度水平可直接調(diào)控所形成凝膠的粘彈性、機械性能與自愈合性能。當CO2水平較高時，所形成的凝膠具有極高的粘彈性和機械性能，粘性系數(shù)超過1200，凝膠拉伸張力超過3 MPa，斷裂伸長可達420%，遠超大部分傳統(tǒng)有機凝膠典型的力學強度。當切斷凝膠后，可通過在斷面吹掃CO2氣體的方式實現(xiàn)凝膠的自愈合，且空氣中含有的微量CO2氣體即可使其達到65%的修復率。

  該研究利用CO2氣體作為一種行之有效的分子膠水，首次實現(xiàn)了分子網(wǎng)絡的構(gòu)建，突破了惰性氣體難以利用于宏觀材料的局限，并隨之提出了一種“氣筑凝膠材料”的新概念。

  相關研究成果已在線發(fā)表至化學領域權(quán)威期刊《德國應用化學Angew. Chem. Int. Ed.》上，詳情請見CO2-Cross-Linked Frustrated Lewis Networks as Gas-Regulated Dynamic Covalent Materials, DOI:10.1002/anie.201812365。復旦大學高分子科學系、聚合物分子工程國家重點實驗室為唯一單位，博士生陳亮與劉仁杰為共同第一作者，閆強研究員為通訊作者。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.201812365