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  硼酸酯基粘結劑由于其較強的力學性能和可回收性在粘結劑領域受到了廣泛關注。然而，由于硼酸酯分子對水敏感以及室溫動態性較差的性質，目前基于動態硼酸酯的粘結材料難以實現水下應用。因此，在不影響硼酸酯分子動態性的基礎上，提升其耐水性，從而開發出一種可以在水中長期使用，并且具備可回收性和高粘結強度的粘結劑頗具挑戰。

  基于此，南京大學化學化工學院李承輝教授團隊從硼酸酯分子結構的調控出發，設計合成了一種含有分子內硼氮配位鍵的硼酸酯分子BN-6（圖1）。室溫下，該配位鍵將十元環的硼酸酯分為了兩個并排的六元環結構。由于六元環具有很小的環張力，BN-6分子可以在水中穩定存在，與所合成的對比分子五元環硼酸酯BN-5相比，BN-6在不同含水量的溶劑中均表現出較小的水解速率，說明這種含有分子內硼氮配位的六元環結構可以有效提升硼酸酯小分子的水解穩定性。

 圖1. 新型硼酸酯分子BN-6結構及其水解穩定性

  同時，如圖2所示，變溫硼譜的實驗結果表明熱響應的硼氮配位鍵在加熱的情況下動態性變強，趨向于解離，此時六元環結構逐漸轉變為十元環硼酸酯結構。與BN-5轉變為的八元環相比，十元環的環張力更大，使硼酸酯分子更容易進行酯交換反應。變溫核磁監測酯交換反應的結果證明了BN-6在加熱情況下的動態性更強。

 圖2. 模型小分子動態性研究

  利用這種具有更高的水穩定性和動態性的硼酸酯模型分子，該團隊將其作為交聯點合成了一系列共價交聯高分子TBN6（圖3）。由于剛性較強的六元環結構大量存在于高分子網絡當中，TBN6的強度明顯高于由BN-5交聯的對比高分子材料TBN5。在高溫下，由于配位鍵引發的環張力轉變效應，使TBN6更容易被加工回收。除此之外，由水穩定的硼酸酯分子BN-6交聯的高分子材料也具備更高的溶劑穩定性。

 圖3. 模型共價交聯高分子TBN6的制備及其力學性質、可加工性和耐溶劑性的表征

  在此基礎上，該團隊利用模型小分子BN-6合成了一種硼酸酯基粘結劑PTBN6（圖4）。由于高分子內部存在動態氫鍵和硼氧鍵，使其可以與基底形成多種相互作用，相關測試證明該粘結劑具有較高的粘結強度和多次粘結的性質。同時，粘結劑PTBN6可以在多種環境中（酸、堿、鹽）長時間保持其粘結強度。即便在水中浸泡一周，被PTBN6粘結的鋼板依舊可以提起15 kg的重物。

 圖4. 粘結劑PTBN6的合成及其粘結性能表征

  以上工作為新型硼酸酯交聯點的設計提供了新思路，可有效解決硼酸酯基粘結劑長期在水下應用的問題。相關工作以“An Underwater Long-Term Strong Adhesive Based on Boronic Esters with Enhanced Hydrolytic Stability”為題發表在 Advanced Functional Materials 期刊上。論文第一作者為南京大學化學化工學院博士研究生趙梓含，通訊作者為南京大學李承輝教授。該工作得到了國家自然科學基金項目（21631006，21771100）的支持。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202201959