超分子聚合物研究

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1、超分子聚合物研究摘要:综述了超分子聚合物的研究现状。介绍了超分子聚合物的结构、性质与分类以及其应用进展等。关键词：超分子；超分子聚合物；氢键；应用进展Abstract:Thispapersummarizestheresearchstatusofthesupramolecularpolymers.Introducenanopolymercompositesstructure,propertiesandclassification,aswellastheprogressofitsapplication,andsoon.Keywords:Supramolecule;S

2、upramolecularpolymers;Hydrogenbonding;theprogressofapplication1．超分子聚合物介绍1.1超分子超分子这一术语最早是在1937年由Wolf[1]提出来的，它是用来描述由配合物所形成的高度组织的实体。从普遍意义上讲，任何分子的集合都存在相互作用。所以人们常常将物质聚集态这一结构层次称为超分子。但这与超分子化学中的超分子存在区别。超分子是两个或两个以上的化学物种通过分子间作用力缔合在一起而形成的具有更高复杂性的有组织实体。是继基本粒子、原子核、原子，分子之后的下一个层次的物质[2]。1.2超分子聚合物最近1

3、0年，超分子聚合物作为一种通过非共价键形成的自组装的高分子在高分子和小分子自组装领域备受瞩目。顾名思义，这类分子具有超分子和聚合物的双重特点。说它是超分子，是因为这类分子是由小分子单体通过氢键、主客体化学、配位键等非共价键连接而成的分子自组装结构；说它是高分子，是因为这样的自组装结构拥有数量众多的重复单元，就像由许多结构基元聚合而成的高分子一样。不同的是，传统的高分子一般是在引发剂存在下，在一定温度和压力下通过聚合反应形成的，其聚合物骨架是由共价键连接的单体形成的。而超分子聚合物多为具有双官能团的单体在合适的溶剂中通过分子自组装自发形成的，不需要任何引发剂。由非

4、共价键首尾连接的小分子单体构成了聚合物骨架。超分子聚合物骨架中非共价键的存在，使得这类分子的聚合与解聚可以非常容易地发生，这赋予了这类物质独特的机械、电子以及光学性质[3]。超分子化学可定义为研究分子组装和分子间键的化学。超分子化学的研究对象是基于分子间弱的相互作用（如非共价键）形成的分子聚集体。非共价键主要包括氢键、静电作用、范德华力和疏水效应。作为超分子相互作用的主要结合力，虽然强度远不如共价键，但对温度、溶剂等外部条件的变化具有高度的响应性能，使材料的各种可逆性能变为可能。正是这种可逆性能使超分子材料在分子器件、传感器、药物缓释、细胞识别、膜传递等方面有着

5、重要作用。人们认为，超分子聚合物是一种新材料，它不仅具有各种可逆特征（见图1），更重要的是组装的灵活性。各个结构片段的数量和组织形式可通过引入合适的官能团而真正实现自下而上的组装[4]。把单体结构组元之间由非共价键这种弱分子间相互作用组装而成的分子聚集体称为超分子聚合物。简单地说，在超分子聚合物中，单体是通过非共价作用结合在一起的。之所以将其称为超分子聚合物，一方面是因为这种聚集体中的长链或网络结构类似聚合物结构。另一方面是因为弱分子间作用力赋予这种材料各种软性的类聚合物性能。图1UPy改性后Kraton基于超分子相互作用的可逆性能注：UPy为酰脲吡啶，Krat

6、on为乙烯丁烯共聚物2．超分子聚合物分类通过主链上各种不同的非共价键结合力，材料学家合成了具有许多特殊结构与性能的超分子聚合物。3种主要类型的非共价聚合物结合形式包括配位超分子聚合物、π-π堆积超分子聚合物、氢键型超分子聚合物（图2）。还有离子型和含有多种非共价键力的混合型超分子聚合物。图2超分子聚合物的3种主要非共价键形式2.1配位型超分子聚合物或称为金属-超分子聚合物2.1.1结构介绍金属-超分子聚合物由金属离子(M)，有机或无机配体(ligand)和间隔单元(spacer)组成。间隔单元可以是小分子或是高分子。金属-超分子聚合物的基本特征是单体为具有单、双

7、或多位点的有机或高分子配体，非共价键相互作用是通过金属离子与有机或高分子配体的配位组装，能生成多样化的几何阵列和拓扑结构[5]。2.1.2配位聚合物的研究进展配位聚合物是金属和有机配体之间通过配位键形成的具有高度规则的无限结构的配合物。它的研究涉及到无机、有机、固态化学及材料化学等诸多领域，已成为当今化学研究的热点之一。配位聚合物具有结构多样化、不同寻常的光电磁效应等特点[6]。结构上的特殊性使配位聚合物具备了独特的性质，它们在电导、磁性、光化学、主客体化学、离子交换、催化、高温和耐火纤维等方面都有广泛的应用价值。所合成的配位聚合物展示了丰富多彩的立体构型，如一

8、维（直线链，Z字形链等）