创造出新物质，浙江大学最新Nature!

发布时间：2025-08-05 23:12

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2023-06-08 09:30:09　来源: iNature前沿江苏举报

尽管有机-无机杂化材料在机械、光学、电子和生物医学材料等方面发挥了不可或缺的作用，但由于有机共价键和无机离子键在分子结构上的不同行为，分离的有机-无机杂化分子很少用于制备杂化材料。

2023年6月7日，浙江大学刘昭明及唐睿康共同通讯在Nature在线发表题为“Organic-inorganic covalent-ionic molecules for elastic ceramic plastic”的研究论文，该研究将典型的共价键和离子键整合在一个分子内，形成有机-无机杂化分子，可用于自底向上合成杂化材料。

缺乏有机-无机共价离子分子阻碍了以“自下而上”的方式生产各种有机-无机杂化材料。传统的无机成核制备通常跳过无机离子物质的分子阶段，这造成了无机离子分子及其与有机共价分子反应的知识空白。它可以防止有机和无机离子物质从分子到大块材料的融合，无论是在结构上还是在性能上。尽管许多非经典结晶途径被开发用于制备杂化材料，但具有分子精度的材料单元调节尚未实现。然而，最近在“无机离子低聚物”上的发现为制备分子大小的无机离子物质创造了可能性，这为创造有机-无机共价离子分子和随后的“自下而上”制备杂化材料打开了一扇窗。

该研究选择了无机CCO(分子式(CaCO3)3)，它可以交联到块体材料，有机TA，它可以通过动态二硫键聚合(S-S)。作者利用经典化学中的一般酸碱反应实现了CCO和TA分子的杂化。有机共价硫辛酸(TA)与无机离子型碳酸钙低聚物(CCO)通过酸碱反应结合，得到具有代表性分子式TA2Ca(CaCO3)2的TA - CCO杂化分子。它的双重反应性涉及有机TA段和无机CCO段的共聚，产生各自的共价和离子网络。这两个网络通过TA-CCO络合物相互连接，在得到的杂化材料poly(TA-CCO)中形成共价离子双连续结构，从而统一了矛盾的机械性能。离子网络中的Ca2+-CO32-键和共价网络中的S-S键的可逆结合确保了材料具有塑料样可塑性的再加工性，同时保持了热稳定性。poly(TA-CCO)中陶瓷类、橡胶类和塑料类行为的共存超越了目前的材料分类，产生了一种“弹性陶瓷塑料”。

共价离子双连续网络（图源自Nature）

弹性陶瓷塑料的性能超出了目前的材料分类。此外，这种特殊的杂化结构还赋予了弹性陶瓷塑料阻燃能力和优异的抗紫外线性能。该研究确立了有机-无机分子前体在分子尺度精度的杂化结构合理设计中不可或缺的作用，有助于发现更多未开发的未来材料。有机-无机杂化分子的自下而上构建为杂化材料的分子工程提供了一条可行的途径，从而补充了经典的有机-无机杂化材料制造方法。

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06117-1

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