image: (上)( I)热力学稳定性，(ii)动力学活性，和(iii)外场响应性的增强机制。(下)PIB5Cu和PIB的形成示意图，以及对极化氢键机理的解释。 view more
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近日，《国家科学评论》杂志在线发表了东华大学先进纤维材料全国重点实验室游正伟教授的研究成果。该研究团队通过铜离子配位同时极化氢键、促进π-π相互作用和催化肟-氨基甲酸酯键的分子设计策略，解决了聚合物在热力学稳定性、动力学活性、与外场响应性之间的矛盾。
游正伟教授团队长期聚焦于聚氨酯弹性体的构效性能研究与调控，在前期聚氨酯弹性体的研究基础上(Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202505848.; Adv. Mater. 2024, 36, 2406480.; Adv. Mater. 2023, 35, 2310020.; Adv. Mater. 2019, 31, 1901402.; Acc. Chem. Res. 2023, 56, 2907.; Sci. Adv. 2025, 11, eadt0825.; Sci. Adv. 2024, 10, eadk5177.; Nat. Commun. 2023, 14, 2218.; Nat. Commun. 2021, 12, 4395.; Mater. Today 2025, 83, 35.)，提出了一种金属配位诱导非共价相互作用增强的分子设计策略，在聚氨酯中设计铜(Ⅱ)-对苯醌二肟氨酯配位单元，实现了多效协同：(1) 通过与羰基O和肟基N配位，改变了相关原子的电子密度，从而显著增强了氢键和π-π相互作用。由此构筑的铜(Ⅱ)-对苯醌二肟氨酯单元 (Cu-BQDU) 拥有高键能，从而赋予弹性体优异的韧性和热力学稳定性；(2) 配位键延长了共轭长度，优化了π-π相互作用的几何匹配，显著增强了光热转换效率。(3) 作为路易斯酸，铜(II)参与催化肟-氨基甲酸酯键的可逆解离反应，降低了网络重组的动力学能垒，从而提升了弹性体的光热修复效率。所制备的弹性体PIB5Cu具有光热愈合弹性体中最高的韧性 (236.0 MJ m-3), 与动态交联聚合物在高温下最优异的热稳定性 (180 °C时特征松弛时间高达3500秒)。与未配位的弹性体PIB相比，在力学强度提升1.8倍，韧性提升2.6倍，光热转换效率提升1.4倍的同时，愈合效率提升1.9倍。该分子设计提供了一种简单而通用的设计策略解决了光愈合聚合物中热力学稳定性与动力学活性之间的矛盾，实现了聚合物性能全面增强。