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Angew:首例超分子G4低共熔凝胶软材料—溶剂诱导的手性反转和电致变色器件研究

作为一类新兴的软材料,超分子低共熔凝胶(Supramolecular Eutectogels)通常由小分子化合物通过可逆的非共价键相互作用在低共熔溶剂(Deep Eutectic Solvents, DESs)中自组装而成。这类材料为在无水或低水体系中制备超分子功能材料及其分子器件提供了新的可能。天然核苷,尤其是鸟苷(G)及其衍生物,可通过形成高度有序的G-四链体结构而形成超分子凝胶(G4凝胶)。迄今为止,基于超分子G4凝胶的制备和应用仅限于水相体系。而水凝胶体系对其它功能性组分的溶解能力有限,而且高温易失水、低温易结冰,这极大的限制了此类材料作为功能材料的应用研究。


近日,郑州轻工业大学刘春森教授与河南工业大学李晶晶博士和曹晓雨教授共同合作,首次使用超分子自组装的方法在低共熔溶剂体系中成功制备了鸟苷基超分子G4低共熔凝胶材料,并率先将其与功能分子相结合,拓展了此类材料在柔性电致变色器件领域的应用研究。

超分子G4低共熔凝胶的设计思想。


作者研究发现,在不同种类的氯化胆碱/醇溶剂低共熔体系中,鸟苷和硼酸类化合物可在碱性条件下形成鸟苷硼酸酯化合物,并进一步通过氢键和π-π堆积等非共价键相互作用形成G-四链体纳米线,从而形成超分子G4低共熔凝胶。由于溶剂效应对自组装结构的影响,该类材料表现出罕见的溶剂诱导的手性反转效应。这是迄今为止在低共熔凝胶体系中观察到的首例具有手性反转效应的超分子软材料。

鸟苷基超分子G4低共熔凝胶的自组装机理及溶剂诱导的手性反转效应。


不仅如此,此类材料还表现出良好的自愈性和可注射性,以及与纯溶剂相当的高离子电导率,是理想的半固体凝胶电解质材料。通过负载乙基紫精和二茂铁衍生物,杂化的超分子G4低共熔凝胶表现出优异的电致变色活性,其光学对比度可达60%,上色时间为15秒,脱色时间为30秒,而且具有良好的循环稳定性。与液态电解质相比,半固体的凝胶电解质避免了复杂的脱气过程和电解质泄露等问题,操作方便,易于实现。

鸟苷基超分子G4低共熔凝胶的导电性及在柔性电致变色器件中的应用。


该工作解决了传统超分子G4水凝胶高温易失水、低温易结冰的问题,为在无水或低水体系中定向设计制备超分子功能软材料提供了一种新策略,并有望作为新一代柔性电子器件的基质材料而深入开展研究。


这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上,文章的共同第一作者是郑州轻工业大学的硕士研究生谷超男彭钰。相关研究工作得到了国家自然科学基金委(21802033; U1904215)、河南省科技厅(202102210040; 192102210182)以及河南省教育厅(20IRTSTHN003)的资助。


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Supramolecular G4 Eutectogels of Guanosine with Solvent-Induced Chiral Inversion and Excellent Electrochromic Activity

Chaonan Gu,+ Yu Peng,+ Jingjing Li,* Hai Wang, Xiao-Qiao Xie,  Xiaoyu Cao*, Chun-Sen Liu*

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202009332


研究团队简介


刘春森教授,理学博士(南开大学物理化学专业),博士生导师,教育部新世纪优秀人才,河南省特聘教授、河南省高层次拔尖人才,加拿大英属哥伦比亚大学(UBC)访问学者,河南省表界面科学重点实验室副主任。多年来一直从事多元分子基功能材料的表界面化学的研究,尤其针对MOF基材料以及纳米结构化超分子凝胶材料的设计合成及其性能研究进行了系统探索。先后主持完成国家自然科学基金面上项目/青年基金,教育部新世纪优秀人才支持计划,河南省科技创新杰出人才/杰出青年基金、河南省高校科技创新团队等计划项目8项。曾获河南省青年科技奖并荣膺河南省优秀青年科技专家荣誉称号(2014);获河南省科技进步二等奖2项(2012,2016);入选英国皇家化学会Top 1%高被引中国作者(2018)。截至目前已在Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.、Coord. Chem. Rev.、Chem. Commun.、Chem. Eur. J.等国际学术期刊上发表论文150多篇,其中ESI高被引论文8篇,总被引用>5000次,已获授权发明专利29项。


http://hg.zzuli.edu.cn/2019/0527/c4348a198052/page.htm

https://www.x-mol.com/university/faculty/54013


曹晓雨,男,博士,教授,博导。2006年获武汉大学物理化学专业博士学位,同年到河南工业大学化学化工学院从事物理化学的教学和电化学的研究工作。近年来,主持国家自然科学基金项目、河南省重点科技攻关计划项目、河南省科技开放合作计划项目、河南省高校科技创新团队支持计划项目、河南省高校科技创新人才支持计划项目、郑州市创新型科技领军人才项目及河南省高等学校青年骨干教师资助计划项目;获河南省教育厅科技成果壹等奖2项;在Chemistry of Materials、ACS Applied Materials & Interfaces、Chemical Engineering Journal、Electrochimica Acta 等国际刊物上发表SCI收录论文70余篇。担任《Rare Metals》《稀有金属》青年编委,荣获了河南省高层次拔尖人才、河南省学术技术带头人、河南省教育厅学术技术带头人、郑州市青年科技专家(郑州市青年科技奖)、河南省优秀硕士学位论文指导教师、郑州市科技创新工作先进个人等荣誉称号。

李晶晶,女,博士,副教授,2016年6月毕业于天津大学,2014-2016年在美国乔治城大学联合培养。2016年7月起就职于河南工业大学。主要研究领域是多功能纳米结构化凝胶材料的可控构筑及应用拓展。在相关领域发表SCI论文20多篇,包括以第一/通讯作者发表的Coord. Chem. Rev.、 Chem. Mater.、 Chem. Commun.等。目前主持国家自然科学基金青年基金项目1项,河南省科技厅科技公关项目2项。获授权发明专利1项。


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