盡管有機-無機雜化材料在機械、光學(xué)、電子和生物醫(yī)學(xué)材料等方面發(fā)揮了不可或缺的作用，但由于有機共價鍵和無機離子鍵在分子結(jié)構(gòu)上的不同行為，分離的有機-無機雜化分子很少用于制備雜化材料。

2023年6月7日，浙江大學(xué)劉昭明及唐睿康共同通訊在Nature?在線發(fā)表題為“Organic-inorganic covalent-ionic molecules for elastic ceramic plastic”的研究論文，該研究將典型的共價鍵和離子鍵整合在一個分子內(nèi)，形成有機-無機雜化分子，可用于自底向上合成雜化材料。

缺乏有機-無機共價離子分子阻礙了以“自下而上”的方式生產(chǎn)各種有機-無機雜化材料。傳統(tǒng)的無機成核制備通常跳過無機離子物質(zhì)的分子階段，這造成了無機離子分子及其與有機共價分子反應(yīng)的知識空白。它可以防止有機和無機離子物質(zhì)從分子到大塊材料的融合，無論是在結(jié)構(gòu)上還是在性能上。盡管許多非經(jīng)典結(jié)晶途徑被開發(fā)用于制備雜化材料，但具有分子精度的材料單元調(diào)節(jié)尚未實現(xiàn)。然而，最近在“無機離子低聚物”上的發(fā)現(xiàn)為制備分子大小的無機離子物質(zhì)創(chuàng)造了可能性，這為創(chuàng)造有機-無機共價離子分子和隨后的“自下而上”制備雜化材料打開了一扇窗。該研究選擇了無機CCO(分子式(CaCO3)3)，它可以交聯(lián)到塊體材料，有機TA，它可以通過動態(tài)二硫鍵聚合(S-S)。作者利用經(jīng)典化學(xué)中的一般酸堿反應(yīng)實現(xiàn)了CCO和TA分子的雜化。有機共價硫辛酸(TA)與無機離子型碳酸鈣低聚物(CCO)通過酸堿反應(yīng)結(jié)合，得到具有代表性分子式TA2Ca(CaCO3)2的TA - CCO雜化分子。它的雙重反應(yīng)性涉及有機TA段和無機CCO段的共聚，產(chǎn)生各自的共價和離子網(wǎng)絡(luò)。這兩個網(wǎng)絡(luò)通過TA-CCO絡(luò)合物相互連接，在得到的雜化材料poly(TA-CCO)中形成共價離子雙連續(xù)結(jié)構(gòu)，從而統(tǒng)一了矛盾的機械性能。離子網(wǎng)絡(luò)中的Ca2+?-CO32-鍵和共價網(wǎng)絡(luò)中的S-S鍵的可逆結(jié)合確保了材料具有塑料樣可塑性的再加工性，同時保持了熱穩(wěn)定性。poly(TA-CCO)中陶瓷類、橡膠類和塑料類行為的共存超越了目前的材料分類，產(chǎn)生了一種“彈性陶瓷塑料”。

共價離子雙連續(xù)網(wǎng)絡(luò)（圖源自Nature?）彈性陶瓷塑料的性能超出了目前的材料分類。此外，這種特殊的雜化結(jié)構(gòu)還賦予了彈性陶瓷塑料阻燃能力和優(yōu)異的抗紫外線性能。該研究確立了有機-無機分子前體在分子尺度精度的雜化結(jié)構(gòu)合理設(shè)計中不可或缺的作用，有助于發(fā)現(xiàn)更多未開發(fā)的未來材料。有機-無機雜化分子的自下而上構(gòu)建為雜化材料的分子工程提供了一條可行的途徑，從而補充了經(jīng)典的有機-無機雜化材料制造方法。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06117-1