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    石河子大學賈鑫教授與中科院蘭州化物所周峰研究員合作:基于機械力化學配位絡合反應原位制備功能性聚多酚薄膜取得新進展
    2019-05-05  來源:中國聚合物網

      金屬多酚絡合薄膜(MPNs)因其具有穩定的結構和可調性能引起了人們的廣泛關注。然而,大多數薄膜的制備合成均基于水溶液的環境,限制了低溶解度單體以及不溶性金屬離子的使用。機械化學作為一項綠色、可持續發展的新興技術,在多孔碳材料、有機反應、納米材料和金屬有機配合物等領域正逐漸成為傳統溶液法的綠色制備方法。雖然機械球磨法實現了對可溶性多孔配位薄膜的合成與制備,但由于球磨反應的運動復雜、固相的逐步轉化分析困難,故對MPNs的尺寸和厚度的精確控制以及薄膜結構的原位監測并未清楚的闡釋。因此,如何通過一種無溶劑但有效的方法進一步控制膜厚,探索MPNs的形成機理是當前科學技術面臨的關鍵問題。

      本研究基于金屬離子與單寧酸(TA)的配位絡合作用,通過摩擦化學的綠色手段,在金屬基底平面上制備了多功能的金屬多酚絡合薄膜(1.5nm-2.2μm)。研究發現,金屬多酚絡合薄膜是由兩層結構組成:在薄膜底部,摩擦作用誘導金屬離子與單寧酸的配位絡合;隨著薄膜厚度的增加以及金屬離子濃度的降低,薄膜結構由單寧酸與金屬離子的配位絡合作用轉化為單寧酸分子之間的氫鍵相互作用或者π-π堆積。基于機械力化學一步法制備金屬多酚絡合薄膜以及原位檢測其薄膜的雙層結構,為金屬基底的表面改性以及TA-M薄膜的廣泛應用提供理論依據和技術支持。

    Scheme. Illustration of typical synthetic routes and mechanism of TA-M films.

      該研究以多酚與金屬離子或金屬氧化層的配位絡合為基點,通過機械摩擦的綠色手段制備防污涂料以及表面圖案化。此外,以聚苯乙烯(PS)納米球(直徑500nm)為模板,通過面對面接觸的摩擦方式得到改性后的PS小球,采用四氫呋喃(THF)刻蝕法去除PS模板后,得到平均厚度為30nm的TA-M膠囊,此膠囊的制備為多酚類化合物在給藥以及控釋系統中提供重要的應用潛能。這種簡單的表面改性策略可以拓寬功能層的原位機械化學合成,為圖案、防污和控釋涂料的設計開辟一條有前景的途徑;為制備可調厚度的功能涂層提供了一種新的方法。

    Figure. A–C) The EDS images of the substrates modified by tannic acid. D) The fluorescence microscope image prepared with strip-type pattern by friction. E) An optical microscopic image prepared with template-based method. F) The representative fluorescent microscope images (inset) and statistic data of Navicula sp. on bare Al and TA-Al coatings under quasistatic condition. Each point is the mean of ten values. G–I) The TEM images of PS nanospheres, TA-Fe-PS, and the TA-Fe capsules.

      近年來研究發現,大多數肥料的制備均限制于水溶液中或基于水中輔助劑的添加合成,增大了其研究成本并造成了溶劑的浪費。為滿足工業制備的需求,一種基于機械力化學方法的無溶劑綠色高效的合成手段被用于制備穩定性良好且具有控釋性能的緩釋肥料。本研究擬采用球磨的方法將TA-M薄膜包覆在尿素表面,利用MPNs的pH依賴性、良好的穩定性以及多孔結構等性能實現TA-M-Urea的緩控釋效果。

    Figure. The preparation of controlled release urea and its pH-responsiveness.

      以上研究成果以“On-Site Surface Coordination Complexation via Mechanochemistry for Versatile Metal-Phenolic Networks Films”為題作為封面文章發表在Advanced Materials Interfaces(DOI: 10.1002/admi.201970031)。石河子大學碩士研究生康俊杰作為文章的第一作者,石河子大學賈鑫教授與中國科學院蘭州化學物理研究所周峰研究員作為共同通訊。

      文章鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admi.201970031

      課題組組頁:

      http://www.escience.cn/people/discoverygroup/index.html

      http://www.licp.cas.cn/zfz/

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    (責任編輯:xu)
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