生化学院章康达课题组在国际著名学术期刊Chemistry of Materials发表研究成果
日期: 2020-09-24 作者: 供稿单位: 生化学院

近日,钱江学者省特聘教授、省151人才工程第一层次培养对象,生化学院章康达研究员团队材料化学顶级期刊Chem. Mater.上在线发表论文Towards a Deformable 2D Covalent Organic Network with a Noncovalently Connected Skeleton浙江师范大学为该论文唯一通讯单位

 

图1


具有二维(2D)共价有机网络(Covalent Organic Networks, CON)结构的二维合成材料因其独特的结构和突出的理化性质而备受关注。为了获得具有横向长程有序结构的2D CON,通常会设计并使用具有高对称性和刚性共轭结构的基元分子来构筑此类材料(图2a)。然而,基于这种策略所得到的2D CON往往结构刚性较高,很少表现甚至不具备结构变形能力,这在很大程度上限制了这类材料的发展应用。而赋予2D CON材料结构变形能力能够使其获得刺激响应性、适应性、可加工性以及弹性等特性,这对对丰富这类材料的结构类型以及发掘其潜在应用具有重要意义。虽然已有少数研究表明使用非共轭柔性单体可以得到具有一定结构柔性的CON材料,但是由于基元分子的结构变形性通常不利于合成周期性的2D聚合物骨架,这就使得利用传统策略构筑结构可变形的2D CON材料非常具有挑战性。

 


图2(a)现行的二维共价有机网络材料的构筑策略

(b)本工作提出的基于非共价预组织大环构筑基元的新策略


在本研究工作中,作者首次提出了一种基于非共价预组织大环构筑基元的自下而上策略来构建具有非共价连接骨架的可变形2D CON(图2b)。基于该策略,他们设计并合成了一个骨架中含有四重氢键预组织模块(脲基嘧啶酮UPy)作为连接单元的新型2D CON(图2中的UPy-CON)。研究结果表明,UPy-CON分子骨架中的UPy单元能够在交替的酸性(三氟乙酸)和碱(三乙胺)刺激条件下发生可逆的质子化和去质子化作用,从而使得四重氢键链接基序发生可逆的解离和形成,并使得UPy-CON的二维面内排列和层间堆积行为发生可逆改变,进而赋予这类材料结构变形能力(图3)。这一独特的酸碱调控结构变形能力将使UPy-CON有望在开发新型二维刺激响应材料、可加工二维材料以及高力学性能二维材料等方面得到应用;同时,通过改变这类构筑基元中的非共价结合模式或者末端反应位点,本工作中所发展的策略还可以被应用于构筑其他类型的二维或者不同维度拓扑结构的可变形性CON材料。

 


图3 有四重氢键二聚体连接基序的结构可变形二维共价有机网络(UPy-CON)的化学结构和合成 


图4 UPy-CON的酸碱刺激可逆结构变形行为示意图

 

该项目得到了省自然科学基金、钱江学者计划以及校高层次人才引进科研启动经费的支持。课题组已毕业硕士生周晓和、已毕业硕士生郑思台上海科技大学王健博士为论文共同第一作者,课题组占田广副教授为共同通讯作者。


Chem. Mater. 是美国化学会旗下的材料化学类老牌旗舰刊,工程技术TOP一区期刊,致力于出版有关化学、化学工程和材料科学领域的前沿和基础研究的原创论文,在相关研究领域中有很高的学术影响力,2019年影响因子为9.567


原文链接https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.0c01344


编辑:赵菡婧


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