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气凝胶-可调控-自组装-Angew
来源:CQR 材料人 | 作者:pmt148a4f | 发布时间: 21天前 | 24 次浏览 | 分享到:

超分子组装是制备性能可调控纳米材料的有效方法之一。在组装过程中,组装途径和条件的多样性,使获得的组装材料性质和功能与预先设计的有显著差距。因而,精确控制组装路径对于构造具有可调结构和性能的材料是非常重要的。

气凝胶是一种利用气体代替凝胶溶剂同时保持三维网状结构的块体材料。由于其具有密度低、表面积高和热导率低等优异的性能,此类材料被广泛用于能量存储、水净化和隔热等领域。然而,现有气凝胶的润湿性通常是单一的,例如被广泛研究的二氧化硅气凝胶是亲水的,石墨烯的气凝胶是疏水的。在需要材料具有特定浸润性的时候,通常需要化学修饰或表面涂层来改善这种情况。但是额外的操作也会面临着各种各样的问题,因此,制备具有可调润湿性的单组分气凝胶具有重大的科学和实际应用意义。

【成果简介】

基于此,中科院化学所的李峻柏研究员(通讯作者)团队首次报道了具有可调润湿性的二苯丙氨酸(FF)基气凝胶。通过精确地控制组装途径,选择性的将亲水基团(氨基和羧基)和疏水基团(芳族基)分别暴露在纳米结构表面,从而在宏观上形成超亲水或高度疏水的气凝胶。研究还发现,单组分二肽气凝胶可在医疗领域发挥多种作用。该研究表明,从同一分子单元合成具有不同目标功能的超分子材料具有广阔的发展前景。研究成果以“Self-Assembled Dipeptide Aerogels with Tunable Wettability”为题在线发表在在国际著名学术期刊Angew. Chem. Int. Ed.上。本文第一作者是中科院化学研究所的博士研究生李现宝

【图文解读】

图一、FF Aerogels和Cryogels的结构、制备路线以及单体结构

(A)FF Aerogels和Cryogels的制备路线图;

(B)纳米纤维和纳米带表面分子排列的示意图;

(C)FF分子的3D空间模型和化学结构。

图二、FF Aerogels和Cryogels的结构和物理性能

(A-B)FF Aerogels和Cryogels的图片;

(C-D)SEM和TEM图像(插图);

(E)密度和孔隙率与前驱体凝胶浓度的关系;

(F)氮吸附-解吸等温线。

图三、FF Aerogels和Cryogels的分子排列表征

(A)FF Aerogels和Cryogels的的XRD图谱;

(B)FF Aerogels和Cryogels微观的分子排列;

(C-D)荧光光谱和TGA曲线;

(E-F)纳米纤维和纳米带老化后图像。

图四、FF Aerogels和Cryogels的亲/疏水性

(A)FF Aerogels显示亲水性;

(B)FF Cryogels显示疏水性;

(C)动态水接触角。

图五、FF Aerogels和Cryogels的应用

(A)FF Aerogels作为止血材料和Cryogels作为防水材料用于伤口护理的示意图;

(B)体外血液凝固过程中的照片;

(C)对照组、海绵和FF Aerogels的凝血指数(BCI);

(D-E)体内对照组、海绵和FF Aerogels的凝血时间和出血量;

(F)Cryogels的吸收水体积比。

【小结】

综上所述,研究人员通过选择控制组装基元暴露在表面的官能团,实现组装体表面超亲水性和疏水性的调控。控制表面组装分子的排列取向,决定组装体的性质与功能的显著差异。该工作为单组分多性能的超分子组装材料的研究带来新的启发。

文献链接:

Self-Assembled Dipeptide Aerogels with Tunable WettabilityAngew. Chem. Int. Ed.2020, DOI: 10.1002/anie.202005575)

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