超分子粘合剂因其具有可设计性强及界面粘合动态可逆等优势，已经引起了人们的广泛关注。然而正是因为超分子粘合剂的非共价键作用平衡相比共价键更易受到外界影响，因此发展环境耐受性与粘合性能优良的超分子粘合剂必将面临诸多挑战。其中，决定超分子粘合剂应用性能的关键在于其是否能够适应不同的应用场景（如空气、水、酸、有机溶剂或液化气等）并实现多种基材的高效界面粘合；从分子层面上理解并改变超分子作用平衡是实现超分子粘合剂性能调控的关键所在。

近日，威廉希尔房喻院士领衔的光子鼻与分子材料研究团队，采用水诱导超分子作用平衡控制策略，以小分子咪唑基离子液体和含有多酚结构的单宁酸为原料，借助研磨或水溶液沉淀法，发展了系列无水或含水组合超分子粘合剂。该类粘合剂具有广泛的界面适应性，可在不锈钢、铜、铝、铁、木头和玻璃等表面实现高强界面粘合，界面粘合性能最高可达10.0 MPa（图1a），特别是当水参与前后的溶剂耐受性与超低温耐受性发生了明显变化（图1b、图2），研究证实了水在粘合剂体系中超分子作用平衡发挥着关键作用，大大拓展了超分子粘合剂界面粘合的溶剂耐受性与超低温耐受性，使粘合剂的环境适应性变得更为广泛。

图1 (a) 粘合剂基底普适性；(b) 粘合剂溶剂耐受性

图2 粘合剂低温耐受性（P1，无水体系；P1w，含水体系）

采用分子裁剪策略，通过1H核磁滴定和分子动力学模拟探究了粘合剂的粘合机理，明确了粘合机理和水参与前后体系的超分子作用变化规律。1H核磁滴定和分子动力学模拟揭示了阴阳离子的水合过程是影响分子间阳离子-p相互作用的关键所在，相应有机溶剂耐受性研究进一步揭示了溶剂-粘合剂、粘合剂-粘合剂间相互作用平衡变化规律（图3）。在此基础上，进一步采用分子裁剪策略发展了离子液体与酚类组合制备粘合剂的通用策略。作为常规粘合剂的应用拓展，本工作获得的粘合剂可实现多种环境下的界面粘合，适用于室温纸张粘合、高低温陶瓷与石器修复、油水泄露应急补漏等（图4）。

图3 分子动力学模拟研究体系超分子相互作用（P1，无水体系；P1w，含水体系）

图4 粘合剂用于实物粘接示意图

该研究的重大意义在于实现了分子层面上超分子作用平衡的调控，明确了界面粘合作用机制，发展了双组分超分子粘合剂的通用组合策略，为后续功能粘合剂的研制奠定基础。

论文信息：

Supramolecular Adhesives with Extended Tolerance to Extreme Conditions via Water-Modulated Noncovalent Interactions

第一作者：williamhill威廉希尔官网物理化学专业2020级硕士研究生关望

通讯作者：williamhill威廉希尔官网刘凯强教授

Angewandte Chemie International Edition, doi:10.1002/anie.202303506

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202303506

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