谢涛课题组

  高分子动态共价网络聚合物是一类网络内部含有动态共价键的交联型材料。在外界刺激（包括加热、光照、氧化还原等）的作用下，网络中的动态共价键会不断地发生键的断裂与重组。传统的高分子动态共价网络主要应用于聚合物材料的自修复、形状记忆材料复杂原始形状的构建、聚合物材料的重加工等领域。传统的高分子动态共价网络的应用要求其材料的物性在激活动态键前后不发生变化（例如材料在自修复前后力学性能一致，材料在永久形状改变前后形状记忆性能一致等）。从网络结构上看，传统的高分子动态共价网络的拓扑结构处在一个热力学稳定的状态，在动态键交换前后网络结构不会自发的改变。因此，传统的高分子动态共价网络难以通过动态键交换反应来实现高分子物性的调控。 

  本文基于特定分子设计提出了高分子拓扑异构网络（Topological Isomerizable Network, TIN）的概念。其网络结构特征为网络处在一个热力学不稳定而动力学稳定的状态。该网络由以下三部分构成：不可交换的网络框架，可动态交换的聚酯侧链和作为增长位点的羟基侧链。从网络结构上看，聚酯侧链与羟基侧链的链长不一致使网络整体处于热力学非稳态（熵值较低）。在聚酯侧链和羟基位点的酯交换反应被激活后，由于熵的驱动，网络中的侧链密度逐渐增加，其侧链链长逐渐均一，网络拓扑结构从接枝型向刷子型演化（如图1所示）。在酯交换反应停止后，新的网络拓扑结构由于动态键的稳定性会被临时的固定下来，成为高分子网络新的拓扑结构。这样的高分子网络拓扑结构变化过程称为高分子网络的拓扑异构。在高分子的物性变化层次上，上述的网络异构导致了高分子材料与网络结构相关的物性（例如结晶度，熔点，室温模量等）都发生了改变。在采用了光控催化剂的策略以后，该体系可以通过光照时间来控制网络拓扑结构程度的异构化程度，从而实现对材料特定物性的区域性调控。上述高分子拓扑异构网络的概念区别于现有高分子动态共价网络的概念, 为高分子材料的分子设计，物性调控，实际应用都提供了新思路。

该工作发表于Science Advances上，博士生邹玮珂和金斌杰为共同第一作者。

论文链接：https://advances.sciencemag.org/content/advances/6/13/eaaz2362.full.pdf

 图1：高分子拓扑异构网络的合成与拓扑异构机理