周峰&麻拴红Angew：连续氧化还原反应触发的界面自由基聚合制备水凝胶涂层!

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研究内容

在各种材料表面上以可控方式生长润滑水凝胶涂层在各种领域展示出非常有前景应用。

中国科学院兰州化学物理研究所周峰研究员和麻拴红副研究员提出了一种在没有紫外线辅助的情况下，基于连续氧化还原反应机理的界面自催化聚合方法，用于在通用基材表面生长润滑水凝胶涂层。该方法提供了一种将润滑水凝胶涂层改性到各种基材的内/外表面的途径。相关工作以“Successive Redox-Reaction-Triggered Interface Radical Polymerization for Growing Hydrogel Coatings on Diverse Substrates”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。

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研究要点

要点1.该涂层主要是利用贻贝的儿茶酚粘附、与金属离子的配位以及儿茶酚基团(Ar-OH)的独特反应性之间的协同作用。Ar-OH不仅可以作为粘合剂与各种基材形成强键以及捕获溶液中的Fe3+，而且还具有优异的氧化还原反应活性可引发反应。这是一个连续的氧化还原触发的界面自催化自由基聚合。整个过程在没有紫外线/热刺激的情况下温和地进行。

要点2.基材浸入反应溶液后，粘合剂底部的Ar-OH可以作为与基材的粘合层，而基团的上侧可以捕获单体溶液中的金属离子(Fe3+)形成络合物并限制他们在界面上进行进一步的反应。Fe3+随着Ar-OH的氧化被原位还原为Fe2+，加速了界面附近过硫酸盐（S2O82-）的分解，产生硫酸根（SO4•-），引发单体的自由基聚合，并在-在粘合剂表面上原位产生水凝胶层。同时，水凝胶和粘合剂之间的网络纠缠保证了稳定的粘合。

要点3.该方法可用于在具有复杂几何形状的各种基材和设备的表面上可控涂覆不同厚度的水凝胶涂层，以改变其表面特性，而不受材料尺寸、类别、几何形状和透明度的影响，这意味着在表面工程中具有相当大的潜力。

该方法提供了一种将润滑水凝胶涂层改性到各种基材的内/外表面的途径，这意味着具有重要的潜在应用。

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研究图文

图1. 连续氧化还原反应触发界面自由基聚合的概念。a) 显示贻贝粘合剂与儿茶酚基团的粘合能力的示意图。b）在粘合剂装饰的基材上生长水凝胶涂层的机制。c) 水凝胶涂层的改性过程及其优势示意图。

图2. 反应机理和聚合动力学。

图3. 水凝胶涂层的附着力、润滑性和机械性能。

图4. 各种设备上的水凝胶涂层。

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文献详情

Successive Redox-Reaction-Triggered Interface Radical Polymerization for Growing Hydrogel Coatings on Diverse Substrates

Yunlei Zhang, Rongnian Xu, Weiyi Zhao, Xiaoduo Zhao, Liqiang Zhang, Rui Wang, Zhengfeng Ma, Wenbo Sheng, Bo Yu, Shuanhong Ma,* Feng Zhou*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: 10.1002/anie.202209741

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作者简介

周峰，1976年生，1997年山东师范大学化学系获得学士学位，2000年山东师范大学化学系获得硕士学位，2004年中科院兰州化学物理研究所获得博士学位，师从刘维民院士。2005年4月—2008年3月英国剑桥大学化学系做研究助理；2008年3月—2013年04月任中科院兰州化学物理研究所人才计划研究员。2013年以后中科院兰州化学物理研究所研究员。2011年起任中科院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室副主任，2018年10月起任中科院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室主任，2018年5月起任中科院兰州化学物理研究所副所长，中国青年科技工作者协会理事，中国化学会会员、理事，中国化学会青年工作者委员会副主任委员，中国机械工程学会摩擦学分会副主任委员、润滑材料与摩擦化学专业委员会主任委员，甘肃省化学会副理事长。从事软物质界面与材料、海洋防污、减阻降噪和生物润滑的研究。研究工作在Sci. Adv.、Nat.Comm.、Acc. Chem. Res.、JACS、Adv. Mater.等共发表SCI论文300多篇，共被引用14000多次，h因子66。发表英文章节2篇，合作编著《纳米润滑材料与技术》（周峰，王晓波，刘维民，科学出版社），编著《Antifouling Surfaces and Materials：from Land to Marine Environment》(Springer)。获得授权中国发明专利18件，受邀国际国内主题报告20多次。《摩擦学学报》、《化学通报》、《润滑与密封》、《J.Fiber Bioeng. Inform.》、《Trib. Inter.》杂志编委。

2004年中科院院长优秀奖；2005年甘肃省科技进步一等奖(排名第六)；2009年第七届甘肃省青年科技奖；2009年中国机械工程学会摩擦学分会摩擦学青年学者奖；2011年度中国化学会“青年化学奖”；2011年获国家杰出青年基金；2012年入选中组部相关国家人才项目“青年拔尖人才”；2012年度第十六届甘肃省“青年五四”奖章；2013年国际仿生工程学会“杰出青年奖”；2013年中科院人才计划结题优秀；2014年获得甘肃省自然科学一等奖（排名第一）；2015年国家自然科学二等奖（排名第一）; 2015年入选甘肃省领军人才；2016年获得第十四届“中国青年科技奖”；2016年首届“中国优秀青年科技人才奖”；2016年英国皇家工程学会杰出访问学者“Distinguished visiting fellowship”；2017年入选科技部中青年科技创新领军人才和中组部第三批相关国家人才项目科技创新领军人才；2017年中国科学院第十二届杰出青年；2017年亚太材料科学院副院士；2017年何梁何利科学与技术青年创新奖。

麻拴红，甘肃泾川人，副研究员三级，硕士研究生导师，中国机械工程学会高级会员，甘肃省杰出青年基金获得者。2016年6月从中国科学院兰州化学物理研究所获博士学位，师从周峰研究员和兰州大学梁永民教授，同年留固体润滑国家重点实验室工作。目前从事表面润滑改性、高性能水润滑材料制备及其性能调控相关的应用基础研究工作，以及生物润滑剂和医疗器械用关键涂层技术相关的产品研发工作。以第一作者和通讯作者在Matter., Nat. Commun., Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater., Adv. Sci., Chem. Mater., Small, Friction,摩擦学学报等期刊上发表论文40余篇，引用1800余次；获得授权专利12件；参与撰写多个专著章节。2017年入选中国科协“青年人才托举工程”计划；2018年入选科技部重点领域（机械摩擦表面/界面+高端装备用润滑材料）创新团队成员；2019成为中国科学院青年创新促进会会员。现任《Chinese Chemical Letters》期刊青年编委，国际仿生工程学会青年委员。

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