近日，北京化工大學(xué)尹梅貞教授課題組報(bào)道了一種綠光誘導(dǎo)偶氮苯衍生物固液態(tài)轉(zhuǎn)變的新型材料，并基于此開發(fā)出光開關(guān)的高度可逆粘合劑。該粘合劑極易溶于二氯甲烷等常見(jiàn)有機(jī)溶劑，容易清洗回收，可重復(fù)使用，為制備綠色環(huán)保型粘合劑提供一種新方法。相關(guān)成果以“Green-Light-Triggered Phase Transition of Azobenzene Derivatives toward Reversible Adhesives”為題發(fā)表在Journal of the American Chemical Society上，DOI: 10.1021/jacs.9b01056。北京化工大學(xué)博士生吳振為論文的第一作者，尹梅貞教授為通訊作者。

  粘合劑作為連接兩種材料的橋梁，在生產(chǎn)生活中都扮演著非常重要的角色。粘合劑材料用途廣，品種多，因此也稱為工業(yè)味素，在許多現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)中成為不可或缺的材料。在生活中，粘合劑更是無(wú)處不在。例如常見(jiàn)的膠水使用起來(lái)十分方便、簡(jiǎn)單，可是如果滴到手上卻很難洗掉，并且不能重復(fù)利用。粘合劑材料面臨著清洗困難、不可重復(fù)使用的難題，這也給環(huán)境和資源帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。因此，發(fā)展綠色可循環(huán)使用的粘合劑對(duì)于化學(xué)科學(xué)、材料科學(xué)、環(huán)境保護(hù)和資源節(jié)約的發(fā)展都具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用意義。

圖1（a）偶氮苯衍生物P1和P2的結(jié)構(gòu)式；（b）P1隨著綠光照射時(shí)間的升溫及固液態(tài)轉(zhuǎn)變圖片；（c）P1和P2固體吸收光譜；（d）P1的循環(huán)伏安曲線。

  針對(duì)此問(wèn)題，作者通過(guò)設(shè)計(jì)一定長(zhǎng)度的烷基鏈和雙萘酚，使之協(xié)同調(diào)節(jié)偶氮苯衍生物P1到一個(gè)稍高于室溫的熔點(diǎn)。綠光照射下，由于P1的光熱效應(yīng)導(dǎo)致了固體到液體的轉(zhuǎn)變（圖1）。停止光照，隨著熱量的釋放，溫度降到熔點(diǎn)之下，液態(tài)P1重新變成固態(tài)。液態(tài)P1自發(fā)且快速的固化過(guò)程不是基于cis到trans的化學(xué)轉(zhuǎn)變，而是一個(gè)放熱的物理變化。相同功率和光照時(shí)間的條件下，只有綠光能夠?qū)崿F(xiàn)P1從固態(tài)到液態(tài)的轉(zhuǎn)變，紫外光、藍(lán)光、紅光則不能實(shí)現(xiàn)。通過(guò)循環(huán)伏安循環(huán)曲線法，測(cè)得P1的基態(tài)和激發(fā)態(tài)之間的能量差剛好匹配綠光的能量范圍，因此P1更容易吸收綠光的能量，從而發(fā)生固液轉(zhuǎn)化。

  如圖2所示，液態(tài)P1固化后展現(xiàn)出非常好的粘合性能，綠光輻射后，P1升溫熔化，失去粘合性能；冷卻到室溫后重新變成固態(tài)，又展現(xiàn)出很強(qiáng)的粘合力，此過(guò)程高度可逆。這種光開關(guān)的粘合劑極易溶于二氯甲烷等常見(jiàn)有機(jī)溶劑，容易清洗回收，可多次循環(huán)使用，在綠色環(huán)保、資源節(jié)約的粘合劑領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。

圖2 光開關(guān)粘合劑示意圖

  該研究的意義：通過(guò)綠光光熱效應(yīng)誘導(dǎo)材料實(shí)現(xiàn)快速的固液態(tài)轉(zhuǎn)變，并應(yīng)用于高度可逆的光開關(guān)粘合劑，為制備綠色環(huán)保型粘合劑提供了一種新方法。

  該研究團(tuán)隊(duì)前期曾報(bào)道過(guò)其他類型的光熱材料，分別發(fā)表于Nat. Commun. 2019, 10, 767; Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 1638; Sci. Bull. 2018, 63, 101; ACS Nano 2017, 11, 3797等雜志。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中組部“萬(wàn)人計(jì)劃”及北京化工大學(xué)“雙一流學(xué)科”項(xiàng)目的資助。

  文章信息：

  Zhen Wu, Chendong Ji, Xujie Zhao, Yilong Han, Klaus Müllen, Kai Pan, and Meizhen Yin*, Green-Light-Triggered Phase Transition of Azobenzene Derivatives toward Reversible Adhesives, J. Am. Chem. Soc. 2019, DOI: 10.1021/jacs.9b01056.

  文章鏈接：https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/abs/10.1021%2Fjacs.9b01056