樹狀分子凝膠作為一類特殊的超分子凝膠，兼具聚合物凝膠和小分子凝膠的雙重優(yōu)點(diǎn)。本書全面總結(jié)了樹狀分子凝膠材料的制備以及環(huán)境刺激響應(yīng)性能，結(jié)合作者自己近年來在這方面的研究成果，從樹狀分子凝膠因子核心、枝上和外圍三個方面進(jìn)行功能化，從中選取了四大類典型的環(huán)境敏感型聚芳醚型樹狀分子凝膠材料，介紹了凝膠因子的合成、凝膠材料制備、成凝膠機(jī)理、環(huán)境刺激響應(yīng)性能以及污染物吸附性能等方面的成果和經(jīng)驗(yàn)，可供從事功能凝膠材料的專業(yè)技術(shù)人員、高等學(xué)校高年級本科生以及研究生參考。
超分子凝膠具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能，已被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)材料、光電功能材料、組織工程和納米材料等領(lǐng)域。本書關(guān)注的是超分子凝膠在制備環(huán)境敏感型智能材料方面的應(yīng)用。超分子凝膠除了熱固有的熱可逆屬性外，由于其具有明確的分子結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)需要巧妙地將某些可調(diào)控的官能團(tuán)引入到凝膠因子中，一方面可以維持小分子凝膠因子優(yōu)異的成膠性能；另一方面可以實(shí)現(xiàn)小分子凝膠感應(yīng)外界環(huán)境變化，并對外界刺激（如光、電、化學(xué)試劑、應(yīng)力等）產(chǎn)生智能響應(yīng)。這類智能凝膠有望作為嶄新的軟材料應(yīng)用于傳感器、光開關(guān)、人工觸角、藥物緩釋等領(lǐng)域。 樹狀分子作為一類典型的超分子凝膠材料，在多重外界刺激響應(yīng)性軟材料方面表現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢。本書首先簡要介紹了分子凝膠和超分子凝膠的基本概念，重點(diǎn)圍繞樹狀分子凝膠，特別是聚芳醚型樹狀分子凝膠，系統(tǒng)總結(jié)了這類軟物質(zhì)材料的制備以及環(huán)境刺激響應(yīng)性能，結(jié)合作者的工作，選取了基于偶氮苯官能團(tuán)、配位作用、鹵鍵識別等作用的聚芳醚樹狀分子凝膠材料，通過幾類典型的凝膠材料，詳細(xì)介紹了具體凝膠因子的合成、凝膠材料制備、成凝膠機(jī)理、環(huán)境刺激響應(yīng)性能以及污染物吸附性能等方面的成果和經(jīng)驗(yàn)。
當(dāng)今化學(xué)學(xué)科發(fā)展的一個重要標(biāo)志就是創(chuàng)造新物質(zhì)的方法日益豐富多樣，除了傳統(tǒng)的化學(xué)合成手段之外，利用分子間的弱相互作用構(gòu)筑具有新穎超分子結(jié)構(gòu)的分子材料成為化學(xué)工作者創(chuàng)造新物質(zhì)的重要途徑之一。超分子凝膠就是傳統(tǒng)化學(xué)合成技術(shù)和當(dāng)代超分子組裝技術(shù)綜合運(yùn)用所創(chuàng)造的一類重要物質(zhì)。與高分子凝膠不同，維系超分子凝膠結(jié)構(gòu)的是凝膠因子之間的弱相互作用，因此，在受到機(jī)械力、超聲波、化學(xué)試劑以及溫度等外界環(huán)境刺激時，凝膠材料宏觀上可能表現(xiàn)出凝膠-溶液相態(tài)轉(zhuǎn)變，即環(huán)境刺激敏感特性，這種特性使其在緩釋、細(xì)胞培養(yǎng)、模板合成、信息存儲與感知等方面表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。
樹枝狀大分子是通過支化基元逐步重復(fù)反應(yīng)得到的具有高度支化結(jié)構(gòu)的大分子，具有精確、單一分散的三維立體結(jié)構(gòu)，分子體積、形狀和功能可在分子水平精確設(shè)計(jì)和控制。一方面，樹狀分子眾多支化單元提供的多重弱相互作用力有利于形成穩(wěn)定的超分子凝膠體系，即使在其上面修飾對外界變化敏感的官能團(tuán)，依然能夠保持穩(wěn)定的凝膠形態(tài)；另一方面，樹狀分子靈活多變的可修飾位點(diǎn)也為研究構(gòu)效關(guān)系和響應(yīng)機(jī)理提供了有利條件。因此，樹狀分子凝膠作為一類典型的超分子凝膠材料，其在構(gòu)建環(huán)境敏感型軟材料，尤其是多重外界刺激響應(yīng)性軟材料方面，顯現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢。
筆者自2009年以來，一直致力于樹狀大分子智能凝膠材料研發(fā)工作。本書以筆者多年來在環(huán)境敏感型樹狀分子凝膠材料方面的研究成果為基礎(chǔ)，充分考慮了樹狀分子凝膠材料的系統(tǒng)性和完整性，參考并吸收了國內(nèi)外相關(guān)最新研究成果編撰而成，力爭使著作能比較全面地反映環(huán)境敏感型聚芳醚型樹狀分子凝膠領(lǐng)域的研究成果和進(jìn)展。筆者具體工作有：在外圍間苯二甲酸二甲酯功能化的聚芳醚樹狀分子中引入偶氮苯官能團(tuán)，構(gòu)筑了首例能夠同時對光、熱、超聲和觸變等四重外界物理刺激產(chǎn)生智能響應(yīng)的樹狀分子有機(jī)凝膠材料；通過調(diào)控金屬離子和樹狀分子配體配位作用，發(fā)展了一類能夠?qū)Χ喾N化學(xué)試劑以及物理刺激產(chǎn)生響應(yīng)的樹狀分子金屬凝膠材料；通過聚芳醚樹狀分子配體和鹵素陰離子的鹵鍵作用，實(shí)現(xiàn)了對氯離子可視化、專一性識別；研究發(fā)現(xiàn)聚芳醚樹狀分子凝膠材料除了環(huán)境敏感特性，對金屬離子以及有機(jī)污染物具有良好的吸附性能。
本書由山西大同大學(xué)博士科研啟動基金項(xiàng)目（2019-B-01）資助，書中主要內(nèi)容是國家自然科學(xué)項(xiàng)目（No.21074140，91027046，21290194和21221002）、山西省高等學(xué)校科技創(chuàng)新項(xiàng)目（2019L0739）、山西大同大學(xué)科研項(xiàng)目（2020YGZX011）和中國科學(xué)院海洋新材料與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金（2021K02）等項(xiàng)目的主要成果。馮宇教授和白云峰教授對本書的完成給予了極大的鼓勵和支持；陳輝博士和郝曉宇碩士等人的工作為本書部分章節(jié)的形成做出了很大貢獻(xiàn)；初慶凱、趙曉芳等參與了文獻(xiàn)資料搜集和文字編排工作，在此一并致以誠摯的謝意。
由于筆者水平有限，書中難免有疏漏和不足之處，敬請專家和讀者不吝賜教，提出寶貴意見和建議。
劉志雄
2022年10月
于山西大同大學(xué)
劉志雄，2014年畢業(yè)于中科院化學(xué)所，2015-2019年在中科院寧波材料所從事博士后研究，歷任助理、副研究員，研究方向?yàn)楣δ苣z材料，期間主持了國家自然科學(xué)青年基金，中國博士后科學(xué)基金特別資助等國家、省市和企業(yè)科研項(xiàng)目10余項(xiàng)；在Chem., Chem. Mater., Chem. Eng. J.,和Chem. Commun.等專業(yè)學(xué)術(shù)雜志發(fā)表研究論文21篇（SCI論文18篇，中科院JCR一區(qū)論文7篇，IF>3.0的論文17篇），申請國家專利18項(xiàng)，已授權(quán)專利10項(xiàng)（授權(quán)發(fā)明專利5項(xiàng)，授權(quán)實(shí)用新型專利5項(xiàng)）。
第1章 凝膠材料概述 001
1.1 凝膠簡介 001
1.1.1 基本概念 001
1.1.2 凝膠分類 001
1.1.3 凝膠應(yīng)用 003
1.2 超分子凝膠 004
1.2.1 基本概念 004
1.2.2 幾種典型小分子凝膠因子 006
1.2.3 環(huán)境敏感型超分子凝膠 006
1.3 樹狀分子凝膠 012
1.3.1 樹狀分子簡介 012
1.3.2 樹狀分子凝膠簡介 014
1.3.3 樹狀分子有機(jī)凝膠 015
參考文獻(xiàn) 031
第2章 聚芳醚型樹狀分子凝膠 038
2.1 核心氫鍵型聚芳醚樹狀分子凝膠 039
2.1.1 核心修飾有氨基酸的聚芳醚樹狀分子有機(jī)凝膠 039
2.1.2 核心含氫鍵ABn型聚芳醚型樹狀分子有機(jī)凝膠 041
2.2 外圍修飾有長烷基鏈型聚芳醚型樹狀分子凝膠 042
2.3 外圍含功能化芳環(huán)的聚芳醚型樹狀分子凝膠 045
2.3.1 外圍間苯二甲酸二甲酯功能化的聚芳醚型樹狀分子凝膠 046
2.3.2 外圍鹵素功能化的聚芳醚型樹狀分子凝膠 053
2.3.3 外圍甲酯官能團(tuán)功能化的聚芳醚型樹狀分子凝膠 056
參考文獻(xiàn) 060
第3章 基于偶氮苯官能團(tuán)的環(huán)境敏感型聚芳醚樹狀分子凝膠 063
3.1 外圍修飾偶氮苯官能團(tuán)的聚芳醚型樹狀分子凝膠 064
3.1.1 PA型凝膠因子的合成及表征 064
3.1.2 PA型凝膠因子凝膠性能測試 067
3.1.3 PA型凝膠微觀形貌研究 068
3.1.4 PA型樹狀分子成凝膠機(jī)理研究 069
3.2 核心修飾偶氮苯官能團(tuán)的聚芳醚型樹狀分子凝膠 071
3.2.1 CA型凝膠因子合成及表征 071
3.2.2 CA型凝膠因子凝膠性能測試及微觀形貌研究 073
3.2.3 CA型凝膠刺激響應(yīng)性能研究 075
3.2.4 CA型樹狀分子凝膠有機(jī)污染物吸附性能研究 079
3.3 枝上修飾偶氮苯官能團(tuán)的聚芳醚型樹狀分子凝膠 080
3.3.1 BA型凝膠因子合成及表征 080
3.3.2 BA型凝膠因子凝膠性能測試、熱力學(xué)穩(wěn)定性研究及微觀形貌研究 082
3.3.3 BA型樹狀分子成凝膠驅(qū)動力研究 088
3.3.4 BA型樹狀分子凝膠的多響應(yīng)性能研究 090
參考文獻(xiàn) 099
第4章 基于配位作用的環(huán)境敏感型聚芳醚樹狀分子金屬凝膠 / 102
4.1 銀離子調(diào)控的聚芳醚型樹狀分子金屬凝膠 103
4.1.1 樹狀分子配體及其金屬配合物的合成及表征 103
4.1.2 樹狀分子配體及其金屬配合物成凝膠性能及微觀形貌研究 107
4.1.3 樹狀分子配體及其金屬配合物成凝膠驅(qū)動力研究 112
4.1.4 樹狀分子金屬配合物凝膠刺激響應(yīng)性能研究 115
4.1.5 樹狀分子金屬凝膠作為模板原位制備銀納米粒子 121
4.2 鉑離子調(diào)控的聚芳醚型樹狀分子金屬凝膠 124
4.2.1 樹狀分子金屬大環(huán)配合物的合成及表征 124
4.2.2 樹狀分子金屬大環(huán)配合物成凝膠性能及微觀形貌 128
4.2.3 樹狀分子金屬大環(huán)配合物成凝膠驅(qū)動力研究 132
4.2.4 樹狀分子金屬大環(huán)配合物凝膠刺激響應(yīng)性能研究 134
參考文獻(xiàn) 138
第5章 基于鹵鍵識別作用的環(huán)境敏感型聚芳醚樹狀分子凝膠體系 140
5.1 碘代氟苯功能化的聚芳醚型樹狀分子合成及表征 142
5.2 碘代氟苯功能化的聚芳醚型樹狀分子成凝膠性能、凝膠微觀形貌研究 147
5.2.1 成凝膠性能研究 147
5.2.2 凝膠微觀形貌研究 148
5.3 碘代氟苯功能化的聚芳醚型樹狀分子成凝膠驅(qū)動力研究 153
5.3.1 溶劑滴定實(shí)驗(yàn) 153
5.3.2 基于濃度和溫度變化的核磁共振氫譜 155
5.3.3 廣角X射線粉末衍射實(shí)驗(yàn) 156
5.3.4 樹狀分子自組裝模型 157
5.4 觸變響應(yīng)性能 158
5.5 可視化識別氯離子 160
5.5.1 鹵素離子識別行為研究 161
5.5.2 氯離子識別機(jī)理 163
參考文獻(xiàn) 168
第6章 雙功能化環(huán)境敏感型聚芳醚樹狀分子凝膠 170
6.1 核心修飾喹啉官能團(tuán)的聚芳醚型樹狀分子凝膠 170
6.1.1 喹啉功能化聚芳醚型樹狀分子合成及表征 171
6.1.2 喹啉功能化聚芳醚型樹狀分子成凝膠性能及微觀形貌 172
6.1.3 喹啉功能化聚芳醚型樹狀分子成凝膠驅(qū)動力 177
6.1.4 喹啉功能化聚芳醚型樹狀分子凝膠刺激響應(yīng)性能 178
6.1.5 喹啉功能化聚芳醚型樹狀分子凝膠對污染物的吸附性能 181
6.2 核心修飾苯并唑官能團(tuán)的聚芳醚型樹狀分子凝膠 185
6.2.1 HPB功能化聚芳醚型樹狀分子合成及凝膠性能 186
6.2.2 HPB功能化聚芳醚型樹狀分子成凝膠驅(qū)動力 189
6.2.3 HPB功能化聚芳醚型樹狀分子凝膠刺激響應(yīng)性能 191
6.2.4 核心修飾熒光基團(tuán)的聚芳醚型樹狀分子凝膠熒光性能 199
6.3 其他類型雙功能化聚芳醚型樹狀分子凝膠材料 203
參考文獻(xiàn) 206
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