南开大学王鸿教授团队：以水分子为动态交联剂创建多功能聚（离子液体）多孔膜

近期，南开大学王鸿教授团队的AMR述评文章“Water Molecule as a Dynamic Cross-Linker for Creating Multifunctional Poly(ionic liquid) Porous Membranes”在线发表。文章系统性地讨论了利用水分子作为交联剂，通过聚离子液体结构设计，制备多功能聚离子液体多孔膜的新方法及其所制备的膜材料在智能窗口、水下粘附与吸声、显色、信息加密、吸附分离等领域的应用。

关键词：聚离子液体，膜材料

01 文章内容简介

超分子结构聚电解质多孔膜是一类将超分子材料的优异性能（例如动态、自修复及刺激响应性）、膜的整体性、电解质特性和孔隙限域效应结合在一起的全新材料。这些材料在现代科学和技术中展现出了广泛的应用前景，包括能源存储、分子分离、生物传感器、催化等领域。然而，由于传统聚电解质的水溶性及其带电性质所引发的复杂键合模式，可控制备超分子结构功能聚电解质多孔膜是该领域的研究热点也是难点。在这篇述评中，我们详细讨论了利用聚离子液体均聚物作为前驱体（聚离子液体(Poly(ionic liquid)s)是指由离子液体单体聚合生成的，在重复单元上具有阴、阳离子基团的一类功能聚电解质），制备超分子结构聚离子液体多孔膜的持续进展，特别强调了使用水分子作为动态交联剂的创新制备策略。

近年来，我们课题组利用聚离子液体材料的物理化学性质，开发了一种简单易宏量制备超分子结构功能聚离子液体多孔膜的新策略。通过水浴浸泡或者水蒸气处理聚离子液体均聚物，即可获得超分子结构聚离子液体多孔膜。该方法的核心在于利用水分子作为动态交联剂，这不仅减少了制膜过程中有机溶剂的使用，还极大简化了制备流程，使其更具可扩展性和环保性。通过精确调控聚离子液体结构中阳离子和阴离子以及功能基团之间的相互作用，我们能够实现对膜孔结构的精确调控，从而赋予膜材料多样性的功能。利用多种表征方法和理论计算，我们深入探讨了超分子聚离子液体多孔膜的形成机制，为实现多功能超分子聚离子液体多孔膜的可控制备提供了坚实的科学理论依据。通过对不同官能团的调控，研究团队成功实现了超分子聚离子液体多孔膜在智能窗口、水下粘附与吸声、显色、信息加密、吸附分离等领域的应用。这些创新应用使得超分子聚离子液体多孔膜在现代科学技术中扮演了关键角色，并推动了相关领域的技术进步。

02 AMR：请问您选择该领域的初心是？

作者团队：

研究超分子聚电解质多孔膜和聚离子液体的初心主要在于推动材料科学创新，解决能源存储、分子分离和生物传感等领域的实际问题。这些材料因其独特的结构和功能特性，可以实现精准分子分离、开发高灵敏度传感器等应用。此外，超分子聚电解质多孔膜的水基制备方法相比传统方法更加环保，减少了有机溶剂的使用，促进了可持续发展。

通过深入研究聚离子液体的化学结构及其与其他分子间的相互作用，我们可以设计出具有可控孔结构和功能的超分子聚离子液体多孔膜，开发出全新的材料。这不仅为解决当前技术挑战提供了新途径，还推动了多学科交叉研究的进步。

03 AMR：请和大家分享一下这个领域可能会出现的研究机会！

作者团队：

未来的研究机会主要体现在几个关键方面。首先，新材料设计与合成将成为重要方向，通过引入多功能基团和优化化学结构，开发具有高导电性、选择性离子传输和热稳定性的新材料。其次，绿色制备技术的发展至关重要，特别是通过水相组装方法，减少有机溶剂的使用，实现更经济、环保的制备工艺。此外，高级表征与模拟技术的应用将提供深刻的微观结构和动态行为洞察，通过原子力显微镜、小角X射线散射等技术，以及计算模拟和机器学习的结合，指导材料设计和性能预测。应用拓展方面，超分子聚电解质多孔膜在柔性电子器件、生物传感器、智能响应系统和可再生能源装置等新兴领域显示出巨大潜力，需要在机械柔性、响应敏感性和稳定性方面进行创新。跨学科合作也将为该领域带来新的研究机会，推动技术突破和新概念的形成。通过抓住这些机会，超分子聚电解质多孔膜和聚离子液体的发展将大幅促进材料科学的进步，带来广泛的产业应用和创新可能性。

作者团队简介

邵越，牛津大学生理、解剖与遗传学系的博士生。于2016年获得加拿大爱德华王子岛大学的理学学士学位（荣誉）。毕业后在南开大学王鸿教授课题组研究聚（离子液体）衍生的功能材料。2022年获得清华大学硕士学位。目前，他的研究兴趣集中于聚电解质多功能材料在生物领域的应用。

王鸿，南开大学化学学院高分子化学研究所研究员，博士生导师，独立课题组组长（PI）。入选天津市海外高层次青年人才计划，南开大学青年学科带头人。主要从事功能离子液体、聚离子液体功能材料的应用基础研究和前沿探索。2007、2010年在西北师范大学分别获得学士、硕士学位，2013年于复旦大学获得博士学位。2013年至2017年期间，分别在香港科技大学、阿卜杜拉国王科技大学、德国马普胶体与界面研究所、加拿大多伦多大学从事访问学者和博士后研究，2017年底加入南开大学化学学院。目前承担国家青年人才项目、国家自然科学基金面上项目（2项）、天津市重点研发计划及企业委托等项目的研究。在Chem. Rev.、Acc. Chem. Res.、Acc. Mater. Res.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、ACS Nano、Macromolecules、CCS Chem.等期刊上以第一/通讯作者发表论文。目前共发表SCI论文70余篇，他引6100余次。获授权专利6项，其中2项实现技术转让转化。

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Water Molecule as a Dynamic Cross-Linker for Creating Multifunctional Poly(ionic liquid) Porous Membranes

Yue Shao and Hong Wang*

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.4c00130

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