李霄鹏&於秀君&吕中元JACS：聚合物链构建非平衡纳米自组装材料！

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研究内容

在生物系统中，非平衡自组装对于创建、保持非平衡状态以执行复杂功能的大型有序纳米结构至关重要。相比之下，由于缺乏对组装动力学和动力学的控制，人工非平衡纳米组装的发展仍处于起步阶段，也面临着一定的挑战。

深圳大学李霄鹏教授、於秀君教授和吉林大学吕中元教授开发了一种简单的策略，通过基于形状互补性的可逆加成-断裂链转移（RAFT）聚合与配位驱动的自组装（CDSA）相结合而构建了一系列新型金属聚合物，以观察和捕获新型金属聚合物中的一系列非平衡态。相关工作以“Non-equilibrium Nanoassemblies Constructed by Confined Coordination on a Polymer Chain”为题发表在Journal of the American Chemical Society上。

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研究要点

要点1. 作者使用可逆加成-断裂链转移聚合的线性聚合物用作主链支架，基于三种方法的形状互补性，设计了不同的基于三联吡啶（tpy）的侧基用于金属三角形的进一步配位驱动的自组装。

要点2. 前两种方法中，聚合物链对侧基的配位有三个级别的限制，包括聚合物主链对侧基施加的局部限制、形状互补组分扩散的空间位阻以及由聚合度控制的侧基的堆积数量的限制，从而阻碍金属三角形的形成。通过聚合物链施加的三级空间限制效应，有效地减缓了侧基的CDSA，从而可观察到传统CDSA中无法获得的多个非平衡纳米结构（荔枝状）。非平衡荔枝状纳米结构可以通过使用预组织的金属三角形作为侧链末端或通过施加外部刺激而转化为蠕虫状螺旋结构。

要点3. 光热转换实验表明，非平衡荔枝状纳米结构表现出比螺旋组件更高的性能。

这项工作将为开发具有可调空间限制效应的金属聚合物的合成方法开辟一条新的途径，通过设计侧基和配位来探索非平衡组装。

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研究图文

图1. 非平衡CDSA概述。

图2. CDSA期间具有荔枝状纳米结构和不同非平衡状态的PTA研究。

图3. PTA类荔枝纳米结构形成的理论模拟和控制研究。

图4. 螺旋纳米结构。

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文献详情

Non-equilibrium Nanoassemblies Constructed by Confined Coordination on a Polymer Chain

Zhikai Li, Min Chen, Zhi Chen, You-Liang Zhu, Chenxing Guo, Heng Wang, Yi Qin, Fang Fang, Dong Wang, Chenliang Su, Chuanxin He, Xiujun Yu,* Zhong-Yuan Lu,* Xiaopeng Li*

J. Am. Chem. Soc.

DOI: 10.1021/jacs.2c09726

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作者简介

李霄鹏教授，国家自然科学基金委杰出青年基金获得者。2004年毕业于郑州大学获化学学士学位；2008年于美国克里夫兰州立大学获化学博士学位；2009-2012年，在阿克伦大学从事博士后研究。2012年起，在德克萨斯州立大学任助理教授，2016年转入南佛罗里达大学，2019年晋升终身副教授；2020年加入深圳大学任“腾讯创始人校友团队”冠名特聘教授。主要研究兴趣集中在质谱仪器研制及表征技术，配位键自组装超分子化学和超分子材料。近年来，研究内容包括（1）提出了基于配位点密度的多重配位键自组装策略，实现了复杂超分子的精准构筑；（2）发展了独特的多维度质谱技术，突破了复杂超分子结构的表征瓶颈；（3）基于独特的表征方法和多重配位键自组装策略，构筑复杂功能超分子，实现有效的功能调控。共发表论文220余篇，其中多篇发表在Science、Nature、Nature Chem.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem.、Nature Commun.、Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.等学术期刊。

李霄鹏教授的系统创新工作在超分子化学和质谱领域获得了广泛的影响力。2019年由于“高度原创性和独立性的工作”获英国皇家化学会设立的以1987年三位诺贝尔化学奖得主命名的Cram Lehn Pedersen超分子化学奖（1人/每届）；同时依靠独特的质谱技术与世界范围内一百多个课题组建立富有成效的合作。其它荣誉与奖项包括：美国Cottrell学者奖（2015年）、中美华人化学与化学生物学教授协会杰出青年教授奖（2017年）、英国皇家化学会会士（2017年）、深圳市杰出青年基金（2020年）、国家自然科学基金委杰出青年基金（2021年）、中国化学会超分子化学青年创新学术讲座奖（2021年）。

於秀君，2009年和2012年于郑州大学分别获得学士学位和硕士学位，硕士期间师从卢红霞教授；2016年于德国法兰克福大学获博士学位，师从Andreas Terfort教授；2017-2020年，在韩国基础科学研究院从事博士后研究，合作导师为韩国科学院院士Kimoon Kim教授；2021年3月起，任深圳大学助理教授、特聘副研究员。

主要研究方向为超分子逐级自组装和表界面可控自组装，已发表学术论文20余篇，第一/通讯作者10篇，发表于J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Macromol. Rapid. Commun.、Dalton Trans.、ACS Appl. Energy Mater.。论文他引300余次，其中两篇论文的他引均超过90次。主持国家自然科学基金委员会青年科学基金项目和广东省普通高校青年创新人才项目。获得“韩国基础科学研究院杰出研究奖”和“第七届亚洲配位化学年会最佳海报奖”，并受邀在“第十六届国际金属有机和配位化学年会”上做口头报告。

吕中元，吉林大学教授/博导，国家杰出青年科学基金获得者，入选第二批“万人计划”科技创新领军人才。1999年获吉林大学博士学位。1999年9月-2003年3月在德国Wuppertal大学从事博士后研究工作。目前主要从事聚合物结构与动力学模拟、功能高分子材料设计等领域的研究工作。近年来发展了适于聚合物相分离与自组装研究的多尺度模拟方法，主持开发的高效计算机模拟程序是国际本领域最具竞争力的原创性动力学模拟程序之一；明晰了调控聚合物复杂相结构的主要热力学及动力学因素以及聚合物宏观使用性能对材料不同层次结构的依赖关系，取得了一批创新性强的学术成果。在本领域国际主流学术期刊上发表SCI论文150余篇；主持及承担多项国家自然科学基金委员会重点项目、面上项目以及国家重点研发计划和973项目。现任吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室副主任、理论化学研究所所长，任中国化学会物理化学学科委员会委员、理论化学专业委员会委员、Science China Chemistry编委。