近日，国际知名学术期刊Science Advances发表了我校化学化工学院研究性论文"利用水作为聚合重复单元构筑超分子聚合物"。该研究论文拓展水分子在超分子自组装领域的应用，为推进超分子聚合物功能化的发展迈出了重要的一步。

　　水分子作为自然界最常见的物质之一，其功能绝大多数被作为一种常用溶剂。然而在生物体系中，水分子的功能绝不仅仅苑囿于作为溶剂，在一些生物大分子组装体中(如抗冻蛋白)，水分子作为结构的组成部分还被发现具有特殊的桥联效果，起到关键的结构稳定和支撑作用(structural water)。然而在制备超分子聚合物的过程中，水通常作为溶剂(solvent)来分散或者溶剂化超分子聚合单元。水作为超分子聚合物的重复单元或组成部分(structural water)的工作尚未有报道。究其原因可能存在如下两个因素：一方面，单纯水参与的超分子作用力较弱，不易于形成具有较大聚合度的超分子聚合物;另一方面，水分子在超分子聚合过程中的作用不易表征和解释。

　　利用水分子和冠醚分子之间的氢键作用，研究团队设计了一个具有三个苯并21冠7单元的超分子聚合单元。该聚合单元可以通过吸收空气中微量的水分子，形成具有高分子量和高粘性的超分子聚合物材料。通过红外、核磁、介电表征并结合计算机辅助的分子模拟，研究团队发现在这个超分子聚合物材料中所有的水分子均通过氢键相互作用将冠醚单元紧密结合起来，形成三维的超分子聚合物网络结构，同时利用分子结构中的其他氢键作用，进一步地发展成具有极高分子量和聚合物的超分子粘附材料。

　　通过红外实验，并结合核磁氢氘交换，发现样品中的水分子主要和聚合单元中的冠醚结构通过氢键相连。而介电实验也表明，当水含量相对较低时(n>2),水分子和冠醚结构紧密连接，形成一个不可区分的整体。而当水含量较高时，不参与形成超分子聚合物网络结构的水分子是以微相分离的形式存在的，因此在低温时这部分水可以以冰的形式被观察到。理论模拟同样表明，当水含量适中时，所有的水分子都作为聚合重复单元参与到了超分子聚合过程中。模拟数据也表明，在这个超分子过程中，水分子和冠醚结构形成的氢键键能可以与冰中水分子的键能想媲美。该材料的聚合机理和聚合过程表明了基于水分子的氢键作用在制备高分子量和高粘性超分子聚合物的驱动作用。

　　联合团队还发现，该聚合物材料的高粘性可被用于制备超分子"胶水"。与市售的PVA胶水相比，该材料除了显示出极强的粘附力外，还展现了可重复利用、易于清洗和无挥发性有机物等优点。通过简单的加热—冷去，即可实现粘附—脱离这个高度可逆的过程。经过多次重复，该材料的高粘附性能依然保持。同时，在低温、高真空、干燥等较极端环境下，该材料依然具有优异的粘附性能。

　　相关工作由湖南大学董盛谊课题组、西北工业大学戚震辉课题组和德国柏林自由大学Christoph A. Schalley课题组共同完成，并受到国家自然科学基金委、中组部***计划青年项目、德国洪堡基金会的大力支持。

　　论文链接：http://advances.sciencemag.org/content/3/11/eaao0900/tab-figures-data