近日，南开大学王鸿研究员团队一天连发Angew. Chem.和ACS Nano两篇论文，其围绕着聚离子液体功能材料展开了深入的研究，针对材料的大规模合成以及具有特种应用的材料提出了新颖的策略。据悉，王鸿2017起入职南开大学化学学院，任职研究员/博士生导师，曾入选国家“四青”人才计划，天津市海外高层次青年人才计划，南开大学青年学科带头人。主要从事功能聚电解质材料的应用基础研究和前沿探索，以设计合成功能聚离子液体为研究主线，聚焦功能聚离子液体多孔膜的创制和应用。近年来，在Chem. Rev.、Acc. Chem. Res.、Acc. Mater. Res.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、ACS Nano 及 CCS Chem.等国际顶级期刊合计发表SCI论文60多篇，共被他人引用4000余次。获授权专利6项，其中2项实现技术转让转化。一、Angew：共价交联聚(离子液体)纳米多孔膜的大规模可控合成由于具有孔隙效应，带电荷及离子传导特性等优势，聚电解质多孔膜（PPMs）在粘附，功能化涂层，传感技术，能量转换/存储设备，固态离子导体，纳米电子学等领域具有广泛的应用价值。近一个世纪以来，研究人员一直在寻找可行的合成方法来制造PPMs。目前，聚电解质多孔膜通常采用超分子相互作用、嵌段共聚物相分离及静电络合等方法制备，其在有机溶剂，高浓度盐溶液或者高热条件下结构不稳定。开发结构稳定的共价交联聚电解质多孔膜有望解决上述难题。
在此，南开大学王鸿研究员报道了一种用于在环境条件下水溶液中宏量可控制备共价交联聚离子液体（PIL）纳米多孔膜（CPILM）的新策略。研究发现，自支撑CPILM膜的孔径、柔韧性和组成可以通过PIL、二酮和醛的合理结构选择来精准定制。对CPILM形成机理的研究表明，水分子可诱导单组分聚离子液体的极性和非极性链段发生相分离，首先形成三维互穿的超分子多孔结构，同时，聚离子液体结构中的氨基与醛及二酮在室温水溶液中通过Debus-Radsizewski反应一步生成共价交联聚离子液体纳米多孔膜。作者同时验证了其动力学扩散控制的成孔过程。共价交联结构赋予膜以良好的热稳定性以及化学稳定性。
此外，在离子筛分装置中采用结构稳定的CPILMs，由于带正电荷的性质和Donann效应，其具有优异的Li+/Mg2+分离效率。这种绿色、简单、用途广泛的CPILM制备方法是一种概念上独特且具有商业意义的策略，极大地推动了纳米多孔功能聚电解质膜的发展。相关文章以“Large-Scale and Controllable Synthesis of Covalently-Crosslinked Poly (ionic liquid) Nanoporous Membranes”为题发表在Angew. Chem. Int. Ed.上，南开大学化学学院高分子研究所硕士生胡颖一同学为该论文第一作者。图4：电场驱动下CPILMs的离子抑制试验及电荷分布。总之，本文报道的工作首次证明了一种简便而通用的合成方法，用于在环境条件下的水溶液中宏量可控地制备共价交联纳米多孔功能聚电解质膜。由于其共价交联结构，合成的膜表现出显著的热/溶剂（盐，pH，有机溶剂）的稳定性，正电荷性质和Donnan效应使这些CPILMs能够作为离子筛选膜。二、ACS Nano：单组分聚离子液体形成的多功能水下粘结剂在过去的十年中，湿粘结剂因其在可穿戴和植入式设备中的广泛应用而在全球范围内受到越来越多的关注。通过研究贻贝和沙堡等海洋生物分泌的生物粘结剂，研究人员发现，苯酚化学和聚电解质络合物在实现强大的湿粘附方面起着关键作用。然而，许多合成湿粘结剂在实际应用中往往遇到一个或多个问题，包括粘合性能差、合成复杂、成本高、柔韧性低、固化动力学慢、不可回收等，这些缺点限制了合成湿粘结剂在现实生活中的应用。此外，湿粘结工艺的相互作用机理尚不完全清楚，阻碍了人工合成湿粘结剂的发展。在此，南开大学王鸿研究员和加拿大阿尔伯塔大学曾宏波教授从聚离子液体材料化学的角度出发，合作报道了一种由单组分聚离子液体（PIL）组成的湿粘结剂，该粘结剂能够快速而牢固地附着在水下。同时，PIL膜具有出色的拉伸性和柔韧性，无论变形和水如何冲击，都能将其锚定在目标基材上。表面力学测量表明，PIL的最大粘附力可达56.7 mN·m-1。此外，通过力学测量揭示了PIL的粘附机理，其强大的湿粘结能力归因于不同非共价相互作用的协同作用，如氢键、阳离子-π、静电和范德华相互作用。令人惊讶的是，这种PIL胶膜也能表现出优异的水下吸声能力，0.7 mm厚的PIL薄膜对4-30 kHz声波的吸收系数可能高达0.80~0.92。本研究报告了一种多功能PIL湿粘结剂，其在众多领域都具有良好的应用前景，并为PIL湿粘附能力的界面相互作用机制提供了深入的见解。相关文章以“Multifunctional Underwater Adhesive Film Enabled by a Single-Component Poly(ionic liquid)”为题发表在ACS Nano上。南开大学化学学院高分子研究所博士生王彬敏和加拿大阿尔伯塔大学博士生乔辰宇同学为该论文共同第一作者。图1a为这项工作中研究的聚离子液体化学结构。简而言之，首先通过自由基聚合反应合成了PCAVTri-Br，然后通过室温水溶液中简单的离子交换反应得到目标PIL， PCAVTri-TFSI。将PCAVTri-TFSI溶解在二甲基亚砜（DMSO）中制备SCPIL粘结剂，同时确定了PCAVTri-TFSI的最佳浓度为~6.8 wt %。进一步研究表明，所制备的PCAVTri-TFSI粘结剂能够在水中原位固化在目标基材上，满足了高效湿粘结剂的关键条件。图4：PCAVTriTFSI薄膜在水中浸泡不同时间间隔后的水下吸声光谱和流变行为。综上，本文开发了一种PCAVTri-TFSI湿粘结剂，其可以很容易地原位涂覆在水中，并且可以通过水-溶剂交换引起的相分离在目标表面上快速扩散和固化。成型的PCAVTri-TFSI胶膜可以通过多种非共价相互作用（包括H键，静电和阳离子-π相互作用）的协同作用，在不同基材（例如玻璃，云母，PS和PEFT）上实现快速而强大的湿粘附。考虑到聚离子液体化学结构的多样性和可设计性，此项研究为开发具有实际应用价值的多功能湿胶材料提供了一种很有前景的方法。--纤维素推荐--
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1.https://doi.org/10.1002/anie.2023021682.https://doi.org/10.1021/acsnano.2c12767声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！