界面聚合——不老界面塑造功能新材料

界面聚合（interfacial polymerization）作为一种既古老又充满活力的聚合方法，由于其在膜材料和纳米材料制备方面的独特优势一直受到人们的关注。近些年，随着高分子化学的发展和新技术，新材料的出现（超分子、MOF、COF等），界面聚合方法更是展现出了独有的魅力。

中国科学院理化技术研究所王树涛（点击查看介绍）研究团队在过去十年专注于界面化学与材料的研究，提出并发展了乳液界面聚合的微球制备新方法，实现了拓扑和化学各向异性微球和异质多孔微球的制备（Sci. Adv., 2017, 3, e1603203; Adv. Mater., 2018, 30, 1803299; Adv. Mater., 2019, 31, 1900391; Macromolecules, 2019, 52, 9, 3237-3243; Macromolecules, 2018, 51, 1591-1597; Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1802493）；利用界面和体相同时聚合实现了水凝胶/油凝胶异质膜的一体化制备（NPG Asia Mater., 2017, 9, e380）；利用动态扩散油水界面，调控水凝胶内部结构，克服了传统干凝胶的脆性，实现了柔性干凝胶的制备（CCS Chem., 2019, 1, 533–543）。鉴于此，王树涛团队受邀在化学综合期刊Angewandte Chemie International Edition上撰写了题为“Interfacial Polymerization: From Chemistry to Functional Materials”的综述文章。

图1. 界面聚合的发展史。

该综述中，作者梳理了界面聚合与高分子化学的发展史，根据聚合类型将界面聚合划分为界面缩聚、界面氧化聚合、界面加成聚合、界面配位聚合、界面超分子聚合等，并对每种聚合反应的研究现状进行了总结和梳理（图1）。最后，作者总结了界面聚合领域现存的挑战和可能的解决方案，并展望了界面聚合可能的发展方向和前景。

图2. 界面聚合面临挑战的可能解决方法

挑战1：界面聚合中需要大量有机溶剂且界面受限于容器；

可能的应对方案：基于凝胶的液下超铺展可以减少有机溶剂用量且避免溶剂挥发，并有助于聚合物薄膜的大面积制备（图2a，可参考Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 3615-3619）；

挑战2：如何调控界面聚合产物的结构，尤其是对于MOF、COF类材料；

可能的应对方案：利用表面活性剂在界面组装，用以诱导聚合物单体的有序组装和初始聚合物结构的控制，从而实现聚合物膜结构的控制（图2b）；

挑战3：多组分材料展示出优于单组分的性能，而界面聚合产物目前多为单组分；

可能的应对方案：在同一油水界面上同时或依次进行多种聚合反应，利用界面对聚合反应的限域作用，实现多种材料在界面处的原位混聚（图2c）。

图3.界面聚合可能的发展方向。

可能的发展方向1：界面聚合用于体相材料的设计和构筑（图3a）；

作者提出了界面和体相同时聚合的设计理念（NPG Asia Mater., 2017, 9, e380），实现水凝胶/油凝胶异质膜的一体化制备。通过对反应界面的调控则可能实现多尺度和多维度异质材料和多功能体相材料的制备（可参考Adv. Mater., 2017, 29, 1701695）。

可能的发展方向2：微纳米聚合单体的构筑和界面聚合（图3b）；

将界面聚合反应的官能团接枝到微米或纳米材料表面（包括0维、1维和2维），从而制得微米或纳米尺度的聚合反应单体。利用维纳米单体之间或微纳米单体与传统单体界面聚合则有可能实现微纳米粒子的可控组装。根据江雷老师的二元协同思想（可参考Pure Appl. Chem., 2000, 72, 73-81; Small, 2015, 11, 1072-1096; Sci. China Mater., 2016, 59, 239-246）来选择纳米粒子，则有可能实现特殊功能材料的制备。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Interfacial Polymerization: From Chemistry to Functional Materials

Feilong Zhang, Jun-bing Fan, Shutao Wang*

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.201916473

王树涛研究员简介

王树涛，中国科学院理化技术研究所研究员。2007年博士毕业于中国科学院化学研究所，2007年至2010年在美国加州大学洛杉矶分校医学院从事博士后研究。2010年至2014年作为研究员/课题组长就职于中国科学院化学研究所。2014年至今就职于中国科学院理化技术研究所。

主要从事仿生粘附界面材料与化学的研究，如抗粘附界面材料、高效生物识别粘附界面和器件以及疾病早期诊断等方面的研究。入选2014年基金委国家杰出青年基金，2016年教育部长江学者岗位特聘教授，2014年国家“万人计划”青年拔尖人才， 2017年国家“万人计划”科技创新领军人才等。曾获2013年中国化学会青年化学奖，2017年中国科学院青年科学家奖，2018年Nano Research Young Innovators Award in NanoBiotech (45 under 45)等奖项。接受发表SCI论文200余篇，其中包括Sci. Adv.，Adv. Mater.，Angew. Chem.，J. Am. Chem. Soc.，Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Chem. Rev.，Chem. Soc. Rev.，Acc. Chem. Res.，Nat. Rev. Mater.，引用15000余次。

https://www.x-mol.com/university/faculty/23681