南开大学王鸿研究员Macromolecules：多功能超分子结构聚离子液体多孔膜的制备

聚电解质多孔膜（PPMs）因其孔隙限于效应和独特的电荷特性，在纳米电子学、智能执行器、(湿)粘合剂、吸附/分离、功能涂层、传感和光学技术等领域有着广泛的应用价值。然而，超分子PPMs（SPPMs）集成了超分子材料的优点（外部刺激响应性、可逆性和可重复性）和PPMs的特性，有望成为构建柔性器件、智能分离系统、传感器和生物功能系统的全新材料。但是，由于传统聚电解质固有的水溶性及复杂的成键模式，通过传统聚电解质来制备SPPMs仍然是一个巨大的挑战。

聚离子液体 (PILs)材料兼具离子液体和聚合物的性质, 是一类新型的功能聚电解质，近年来已经在高分子化学、材料科学及能源科学等领域得到初步应用, 并引起了人们广泛关注。南开大学的王鸿研究员课题组前期报道了系列疏水阴离子调控的超分子聚离子液体多孔膜的制备方法及应用（Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 17187-17191、CCS Chem., 2022, 4, 2930-2937、ACS Nano, 2023, 17, 6, 5871、Angew. Chem. Int. Ed., 2023, e202302168、Macromol. Rapid Commun., 2023, 202300189）。近日，该团队报道了水分子作交联含亲水性阴离子（Br¯, MBry¯, M= Sn, Pb, Sb, Bi）的聚离子液体（PILs），制备多功能SPPMs的新策略。通过实验和理论计算相结合，解释了多孔结构的形成机理，探究了在智能变色领域的应用，为多功能SPPMs简单、绿色、规模制备提供了新思路。该研究以题为Facile and Eco-Friendly Approach to Multifunctional Supramolecular Poly(ionic liquid) Nanoporous Membranes Containing Hydrophilic Anions (Br−, MBry−, M = Sn, Pb, Sb, Bi)的论文发表在《Macromolecules》上。

通过合理地设计聚阳离子的化学结构，作者首次实现了含亲水性阴离子的SPPMs的宏量制备，且SPPMs的孔隙尺寸和结构可以通过合理地选择聚阳离子和阴离子的化学结构进行精确地控制。

图1：在水蒸气环境下通过溶液浇筑方法可控制备SPPMs。

实验结果和理论计算表明，SPPMs的多孔结构是由水分子诱导的单组份PILs的亲水和疏水链段之间发生相分离形成的，并由多重H键及anion-π等非共价键相互作用连接在一起。

图2：SPPMs的成膜机理。

进一步地，利用Br-阴离子的配位作用，作者制备了阴离子为MBry−, M = Sn, Pb, Sb, Bi的功能SPPMs，其具有独特的激发波长依赖性和湿度/温度刺激响应性的颜色变化，在信息加密和存储领域显示出巨大的应用潜力。

图3：IL@BiBry的单晶结构

图4：SPPM-3和SPPM-3@MBrx的波长依赖发光特性及其在信息加密和存储方面的应用。

总而言之，本文首次证明了通过对聚阳离子合理地化学设计，实现在水蒸气环境下从含亲水性反离子（Br¯, MBry¯, M= Sn, Pb, Sb, Bi）的单组分PILs制备SPPMs的简单、绿色路线。此外，所制备的SPPMs在响应激发波长时表现出可逆的、动态的宽范围颜色调节和切换，同时对湿度和温度刺激表现出敏感的颜色变化。考虑到PILs结构多样性和多功能阴离子化学（即配位化学、阴离子识别、电子跳跃输运等)，本研究为SPPMs可控的绿色制备提供了新思路，在传感器、磁性、电学和光学领域具有潜在的应用价值。

来源：高分子科学前沿

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