华中科技大学赵强教授课题组《Nat. Commun.》：仿生聚电解质双水相体系的液体雕塑与固化

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双水相体系在生物体内提供了必要的界面与功能分区，且在封装、耐水粘结剂和微反应器等领域应用广泛。目前，大部分研究都集中在双水相体系的液态性质，将其液态结构转化为固态功能材料仍然是一个巨大的挑战。

近日，华中科技大学化学与化工学院赵强教授课题组受贻贝足蛋白相变的启发，设计合成了兼具液液相分离能力和可交联性的聚离子液体（PILCN1）。将PILCN1水溶液与聚（二甲基二烯丙基氯化铵）（PDDA）水溶液共混后，PILCN1通过氰基与咪唑阳离子间的超分子吸引力而发生液液相分离，形成双水相体系，上下层液体分别富含PDDA和PILCN1（图1）。在机械振荡作用下，PILCN1-PDDA双水相体系转变为双连续相结构。在碱性条件（pH 11）下，PILCN1的氰基发生环化反应，促使双水相体系发生快速的选择性固化，形成海绵状的大孔水凝胶（图2）。该研究实现了双水相体系的微结构调控与固化。

图1 仿生聚电解质的双水相体系

图2 双水相体系的结构演化与液态雕塑

研究者们将碳纳米管（CNT）引入PILCN1-PDDA双水相体系中，使得CNT富集在PILCN1浓相中，制备了CNT杂化的大孔水凝胶（图3）。在1 kW/m²的辐照强度下，该水凝胶表现出良好的光热转化性能，稳定的海水蒸发速率（2.5 kg/m²h）以及优异的耐盐性（图4）。该研究成果以“Liquid sculpture and curing of bio-inspired polyelectrolyte aqueous two-phase systems”为题发表于国际学术期刊Nature Communications。华中科技大学张重锐博士为论文的第一作者，赵强教授为论文通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金项目的支持。

图3 CNT-水凝胶的制备

 图4 CNT-水凝胶的光热脱盐性能

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-023-38236-8

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