北理工团队在离子液体改性功能材料方面取得新进展


近日,北京理工大学绿色生物制造团队在离子液体改性水凝胶方面取得新进展,相关成果以“Robust and tunable hydrogels strengthened by dynamic amphiphilic ionic domains”为题发表于国际顶级期刊 Chemical Engineering Journal ,文章第一作者为北京理工大学生命学院2022级博士生肖文哲,通讯作者为阎继鹏副教授和孙剑教授。

作为一种结构可设计的绿色溶剂,离子液体(ionic liquids, ILs)在制备和改性功能材料方面具有显著优势。基于ILs微环境的设计及其过程强化机制方面的长期积累,团队近年来在ILs制备和改性功能材料(如凝胶材料、生物基材料、光电材料等)方面取得了系列研究进展(图1)。例如,ILs在调控离子凝胶结构和性能方面发挥的独特作用,为设计高性能离子凝胶提供了新机遇( Adv. Funct. Mater. , 2022, 32, 202203988, ESI高被引论文);中空聚合IL微球(PIL-x)可通过其阴离子种类调控和强化光生电子储备和传输行为,使得改性后的g-C3N4具有优异的可见光响应和产氢性能,为进一步提高有机半导体光活性提供了新思路( Chem. Eng. J. , 2022, 440, 135625);低成本质子型ILs可实现木质素在无卤素、温和条件下的高效脱甲基化制备木质素多酚,对生物质高值化利用及多酚工业发展提供了新路线( Chem. Eng. J. , 2022, 443, 136486);ILs在有机框架材料合成、功能和应用中的强化作用,为发展和应用多孔有机功能材料提供了新策略( Coord. Chem. Rev. , 2023, 493, 215304);最后,晶体原位组装过程中ILs可优化晶体生长并有效降低晶体阱密度,制备的自清洁MAPbI3单晶具有优异的光探测功能(可见-红外光谱中的比探测率为2.83 × 1012 Jones,X射线探测中灵敏度为7.24 × 104?C Gyair?1 cm?2),该工作为高质量钙钛矿单晶的研发提供了一种新技术( Adv. Funct. Mater. , 2024, 34, 2314237)。

图1. 基于离子液体制备和改性功能材料的系列工作

基于前期研究基础,团队进一步提出了“动态两亲离子域(DAID)”的设计策略,采用具有两亲性结构的可聚合IL单体,与丙烯酰胺单体共聚,合成了兼具高应变(1200-2390%)、强韧性(5-15 MJ -3)、优异电导率(0.13-0.2 mS cm-1)和高抗裂纹扩展能力的功能凝胶(图2)。在凝胶的三维聚合物网络中,ILs的结构域提高了聚合物的内聚强度;同时,ILs阳离子的长疏水