自修 復能力是自然界中生物的一項重要生存本領，它使得生物能夠自發(fā)地修 復受傷的部位。通過摻入修 復試劑、引入可逆的共價鍵或非共價相互作用，研究者們已經(jīng)合成出很多自修 復材料。在非共價相互作用中，配位鍵已經(jīng)被證明為是一種行之有效的構(gòu)建高效自修 復聚合物的方法。而且在金屬離子、配體以及動態(tài)配位鍵的存在下，自修 復高分子還可以展現(xiàn)出其他的性質(zhì)，如介電性、發(fā)光性、磁性、催化、刺激響應和形狀記憶效應等等。

近日，南京大學配位化學國 家重點實驗室李承輝副教授和左景林教授應邀撰寫了題為“Self-Healing Polymers Based on Coordination Bonds”的綜述論文，梳理總結(jié)了最近在以配位鍵構(gòu)建自修 復材料領域的研究進展。該論文最近在線發(fā)表在Advanced Materials上（Adv. Mater., 2019, 1903762）。

該文首先討論了配位鍵在構(gòu)建自修 復材料方面的優(yōu)勢：配位鍵的形成往往是焓減熵增的熱力學自發(fā)過程，有利于制備無需任何外界刺激就能修 復的材料；配位鍵的鍵能容易調(diào)節(jié)，可以通過軟硬酸堿理論選擇合適的金屬離子與配體來獲得弱的動態(tài)配位鍵從而使材料獲得出色的修 復性質(zhì)；配合物可兼具熱力學穩(wěn)定性和動力學活潑性，有助于設計合成高強度的自修 復性質(zhì)的材料，解決材料機械力學強度與自修 復性質(zhì)之間的矛盾問題；同時配位鍵的引入還可以給材料帶來介電性、發(fā)光性、磁性、催化性質(zhì)以及形狀記憶效應等功能，有利于得到功能化的自修 復材料。

接著，該文概括了目前常用于構(gòu)建自修 復材料的幾類配體。目前研究最多、表征最完善的體系當屬受貽貝啟發(fā)而發(fā)現(xiàn)的金屬-鄰苯二酚（Catechol）以及金屬-組氨酸（histidine）配位鍵，利用這些配位鍵人們已經(jīng)得到了大量力學強度高、自修 復性質(zhì)優(yōu)良、粘附性好的高分子材料并應用于涂料、膠粘劑等領域。2011年Rowan報道了首例基于三聯(lián)吡啶配體的自修 復材料，之后吡啶類配體就成為設計自修 復材料的熱門選擇?？紤]到三齒配體聯(lián)吡啶鍵能太高導致修 復時需要外界刺激，人們使用雙齒和單齒以及混合配體來降低自修 復所需要的溫度。另外，羧酸配體、席夫堿配體、膦配體、硫配體等也逐漸被人們廣泛使用。表1列舉了一些用于構(gòu)建自修 復高分子材料的常見配位體系。

表1  用于構(gòu)建自修 復高分子材料的常見配位體系

最后，文中還討論了一些基于配位鍵的功能化自修 復高分子材料。目前已報道的功能包括發(fā)光、介電、刺激響應、形狀記憶、軟驅(qū)動器和催化活性等，這些功能有些來源于金屬離子，有些來源于配體，另外一些則來源于配位鍵的環(huán)境敏感性質(zhì)。

研究材料的最終目的是為了實現(xiàn)它們在日程生活和生產(chǎn)中的應用。如何得到各種功能化的自修 復材料，并且實現(xiàn)自修 復功能與其它功能的耦合（即材料的受損與修 復伴隨著功能的喪失與恢復），將是未來自修 復材料的重要研究方向之一。同時，在目前基于配位鍵的自修 復材料中，對研究機理和修 復過程的研究還不多，難度也比較大，也是這個領域需要解決的關(guān)鍵問題。

該篇文章的作者是南京大學配位化學國 家重點實驗室的李承輝副教授和左景林教授，論文得到國 家自然科學基金（21631006， 21271099）和江蘇省自然科學基金（BK20170016）的資助。