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  自修復(fù)能力是自然界中生物的一項(xiàng)重要生存本領(lǐng)，它使得生物能夠自發(fā)地修復(fù)受傷的部位。通過摻入修復(fù)試劑、引入可逆的共價(jià)鍵或非共價(jià)相互作用，研究者們已經(jīng)合成出很多自修復(fù)材料。在非共價(jià)相互作用中，配位鍵已經(jīng)被證明為是一種行之有效的構(gòu)建高效自修復(fù)聚合物的方法。而且在金屬離子、配體以及動(dòng)態(tài)配位鍵的存在下，自修復(fù)高分子還可以展現(xiàn)出其他的性質(zhì)，如介電性、發(fā)光性、磁性、催化、刺激響應(yīng)和形狀記憶效應(yīng)等等。

  近日，南京大學(xué)配位化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李承輝副教授和左景林教授應(yīng)邀撰寫了題為“Self-Healing Polymers Based on Coordination Bonds”的綜述論文，梳理總結(jié)了最近在以配位鍵構(gòu)建自修復(fù)材料領(lǐng)域的研究進(jìn)展。該論文最近在線發(fā)表在Advanced Materials上（Adv. Mater., 2019, 1903762）。

  該文首先討論了配位鍵在構(gòu)建自修復(fù)材料方面的優(yōu)勢：配位鍵的形成往往是焓減熵增的熱力學(xué)自發(fā)過程，有利于制備無需任何外界刺激就能修復(fù)的材料；配位鍵的鍵能容易調(diào)節(jié)，可以通過軟硬酸堿理論選擇合適的金屬離子與配體來獲得弱的動(dòng)態(tài)配位鍵從而使材料獲得出色的修復(fù)性質(zhì)；配合物可兼具熱力學(xué)穩(wěn)定性和動(dòng)力學(xué)活潑性，有助于設(shè)計(jì)合成高強(qiáng)度的自修復(fù)性質(zhì)的材料，解決材料機(jī)械力學(xué)強(qiáng)度與自修復(fù)性質(zhì)之間的矛盾問題；同時(shí)配位鍵的引入還可以給材料帶來介電性、發(fā)光性、磁性、催化性質(zhì)以及形狀記憶效應(yīng)等功能，有利于得到功能化的自修復(fù)材料。

圖1. 配位鍵構(gòu)建自修復(fù)材料的優(yōu)勢

  接著，該文概括了目前常用于構(gòu)建自修復(fù)材料的幾類配體。目前研究最多、表征最完善的體系當(dāng)屬受貽貝啟發(fā)而發(fā)現(xiàn)的金屬-鄰苯二酚（Catechol）以及金屬-組氨酸（histidine）配位鍵，利用這些配位鍵人們已經(jīng)得到了大量力學(xué)強(qiáng)度高、自修復(fù)性質(zhì)優(yōu)良、粘附性好的高分子材料并應(yīng)用于涂料、膠粘劑等領(lǐng)域。2011年Rowan報(bào)道了首例基于三聯(lián)吡啶配體的自修復(fù)材料，之后吡啶類配體就成為設(shè)計(jì)自修復(fù)材料的熱門選擇。考慮到三齒配體聯(lián)吡啶鍵能太高導(dǎo)致修復(fù)時(shí)需要外界刺激，人們使用雙齒和單齒以及混合配體來降低自修復(fù)所需要的溫度。另外，羧酸配體、席夫堿配體、膦配體、硫配體等也逐漸被人們廣泛使用。表1列舉了一些用于構(gòu)建自修復(fù)高分子材料的常見配位體系。

表1  用于構(gòu)建自修復(fù)高分子材料的常見配位體系

  最后，文中還討論了一些基于配位鍵的功能化自修復(fù)高分子材料。目前已報(bào)道的功能包括發(fā)光、介電、刺激響應(yīng)、形狀記憶、軟驅(qū)動(dòng)器和催化活性等，這些功能有些來源于金屬離子，有些來源于配體，另外一些則來源于配位鍵的環(huán)境敏感性質(zhì)。

  研究材料的最終目的是為了實(shí)現(xiàn)它們?cè)谌粘躺詈蜕a(chǎn)中的應(yīng)用。如何得到各種功能化的自修復(fù)材料，并且實(shí)現(xiàn)自修復(fù)功能與其它功能的耦合（即材料的受損與修復(fù)伴隨著功能的喪失與恢復(fù)），將是未來自修復(fù)材料的重要研究方向之一。同時(shí)，在目前基于配位鍵的自修復(fù)材料中，對(duì)研究機(jī)理和修復(fù)過程的研究還不多，難度也比較大，也是這個(gè)領(lǐng)域需要解決的關(guān)鍵問題。

  該篇文章的作者是南京大學(xué)配位化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的李承輝副教授和左景林教授，論文得到國家自然科學(xué)基金（21631006， 21271099）和江蘇省自然科學(xué)基金（BK20170016）的資助。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201903762