长久以来，气体分子由于其结构的单一性和表面作用位点的缺乏常被认为难以参与聚合物自组装过程。鉴于气体分子仅有非共价吸附结合(无特异性、方向性、稳定性)和共价键合(丢失气体本性)两种结合途径，本课题组发现了广谱气体除共价结合与非共价结合外的第三种成键方式——动态共价结合，命名为动态气桥键，并提供了一种普适化的气体分子参与化学组装的可行通路。
动态气桥键的结构
三芳基型受阻路易斯酸碱对与CO2形成的动态气桥键
动态气桥键的性质
a.热可逆性，b.配体可交换性，c.气体可易位性，d.气体半激活性，e.气压响应性
动态气桥键调控的聚合物囊泡组装体系
CO2参与聚合物囊泡组装形变
Gong Z, Wang Y, Yan Q. Sci China Chem, 2022, 65: 1401–1410
气体交换诱导囊泡形变
Zhu J, Gong Z, Yang C, Yan Q. J Am Chem Soc, 2021, 143: 20183–20191
将动态气桥键纳入组装过程，保证了组装体的动态性和响应性，也为开发气体直接参与的功能组装材料提供了可能。, 我们在介观尺度上合成了一维动态高分子、二维有机框架和三维分子网络等不同形式的二级组装结构, 并以此为基础在宏观尺度上制备了可回收高分子、可重构多孔膜和智能响应性凝胶等气控组装材料, 可在高分子的闭环利用、膜的选择性筛分和软材料的自适应恢复等方面发挥不同的应用潜力。
一维组装
CO2基可重复利用聚合物材料
Liu R, Liu X, Ouyang K, Yan Q. ACS Macro Lett, 2019, 8: 200–204
二维组装
CO2基二维高分子框架
Xu M, Chen L, Yan Q. Angew Chem Int Ed, 2020, 59: 15104–15108
三维组装
CO2基自愈合凝胶材料
Chen L, Liu R, Hao X, Yan Q. Angew Chem Int Ed, 2019, 58: 264–268
我们还借助动态气桥形成的聚合物体系, 利用其对气体半激活特性,构建了多种纳米限域催化材料, 实现了对CO2气体在温和、无催化剂条件下的可持续催化转化, 为未来C1化学的发展开辟了一条新的研究通路。
组装限域催化材料
CO2折叠的气筑单链纳米粒子对不同类型C–H键的催化活化
Zeng R, Chen L, Yan Q. Angew Chem Int Ed, 2020, 59: 18418–18422
CO2驱动的气筑胶束组装体对N–H键的催化活化
Chen L, Liu R, Yan Q. Angew Chem Int Ed, 2018, 57: 9336–9340
CO2燃料驱动的可呼吸纳米凝胶的非平衡态催化聚合
Wang Y, Yan Q. Angew Chem Int Ed, 2023, 62: e202217001