JACS：液晶促进的无规共聚物的自组装

自组装是构筑基元自发形成有序结构的过程。自然界中的自组装现象处处可见。对于生命体系，众多生理功能的实现都依赖于自组装形成的多级有序结构，如蛋白质的折叠、染色体的形成都与自组装密切相关。对材料科学而言，如何利用自组装得到性能优异的纳米材料始终是重要的科学问题。然而，从分子层面设计构筑基元，进而“自下而上”地形成所需的复杂有序多级结构，始终是一个巨大的挑战。例如，嵌段共聚物能够通过微相分离形成丰富的有序纳米结构，但若想要精确调控微相分离则需要精确调控共聚物的组成和分子量，其制备过程需要繁琐的序列加料和条件严苛的活性/可控聚合。

近期，北京大学陈尔强教授（点击查看介绍）和杨爽研究员（点击查看介绍）团队发现，只需将两种仅尾链不同的楔形单体进行“一锅法”聚合，即可得到一类具有优异自组装性能的侧链液晶无规共聚物（图1a）。取决于不同的组成（可通过加料比简单调控），该无规共聚物可呈现的自组装结构包括：液晶柱状相（Col_H）和基于侧链自识别的球状相（S）、柱状相（HEX）、双连续相（GYR）和层状相（LAM）。这是首次在无规共聚物体系中获得GYR相。特别地，液晶基元的各向异性排列显著促进了两种侧链的微相分离。该无规共聚物自组装形成有序结构的畴区尺寸仅与侧链长度有关，化学结构精确的侧链赋予了最终组装结构的精确尺寸。鉴于液晶基元及尾链结构的广泛选择性，该类侧链液晶无规共聚物将成为一个构筑纳米功能材料的普适性平台。

图1.（a）无规共聚物P1-Xs的自组装示意图，X为投料时M-3EO的摩尔分数，（b）两种楔形单体的化学结构。

图2.（a-b）P1-Xs在30 ℃ 时的1D XRD谱图，（c）XRD谱图中第一级衍射峰的q值随组成的变化。

图3.（a-d）P1-Xs的AFM图，（e）HEX的模型图，（f）P1-0.30的TEM图，（g）P1-0.30的EDM图。

图4.（a）P1-0.20的变温XRD谱图，（b）P1-0.50的变温XRD谱图，（c）P1-Xs的相图，其中黄色区域P1-Xs的自组装行为类似嵌段共聚物，蓝色区域由M-3D形成的“多链超分子柱”占主导。

这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，文章的第一作者是北京大学化学与分子工程学院的博士研究生张龙龙。

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）：

Liquid Crystal Promoted Self-Assembly of Statistical Copolymers into Diverse Nanostructures with Precise Dimensions

Longlong Zhang, Zifan Yang, Wei Xia, Jiahua Li, Huai Yang, Shuang Yang*, Er-Qiang Chen*

J. Am. Chem. Soc., 2024, 146, 31221-31229, DOI: 10.1021/jacs.4c11649

导师介绍

陈尔强

https://www.x-mol.com/university/faculty/8655 

杨爽

https://www.x-mol.com/university/faculty/61414