两亲性嵌段共聚物的溶液自组装提供了一种简单有效的自下而上制备形貌可控超分子组装体的方法。组装体形貌可以通过众多因素调控，包括聚合物组成、聚合物浓度、溶剂性质、水含量等。在各种嵌段共聚物组装体中，具有反相介孔结构的胶体粒子（通常称为polymer cubosomes和hexasomes）因其独特的结构和学术研究价值吸引了人们的广泛关注。这些组装体可作为制备孔结构高度有序介孔材料的理想模板，在化学分离、能源存储与转化、催化等领域具有潜在应用。
溶液中两亲性嵌段共聚物的自组装行为类似两亲性小分子。以常见的磷脂分子在溶液中自组装为例，其组装体形貌由堆积参数（P = V/a0lc）决定，公式中V表示疏水段体积，a0表示亲水端基和疏水部分的接触面积，lc代表疏水段长度。随着堆积参数的增大（0 < P < 1），磷脂组装体会经历球形胶束，棒状胶束，双连续结构组装体（bicontinuous structures）到片层组装体的转变；当P >1时会形成相应的反相结构。其中，双连续结构具有三重周期极小曲面（Triply Periodic Minimal Surfaces），其平均曲率为零，主要包括三种基本结构：Gyroid曲面（空间群Ia
d），Diamond曲面（Pnm）和Primitive曲面（Imm）。这些结构具有高度对称的两套相互嵌套但互不相连的孔道结构，在两亲性小分子的溶液自组装中较为常见，但在聚合物自组装中却很难形成。这可能是由于聚合物具有分子量分布以及聚合物自组装中存在相对较多的影响因素造成难以控制双连续结构组装体的形成。因此，找到合适的自组装体系和组装条件，可控制备上述双连续结构组装体成为聚合物自组装研究领域长期难以攻克的难题。
近期，上海交通大学化学化工学院的麦亦勇研究员团队、韩璐研究员团队与德累斯顿工业大学的冯新亮教授团队合作，在这一研究领域取得了显著进展。他们选用结构简单、易合成的两亲性嵌段共聚物，聚苯乙烯-聚氧化乙烯（PS-b-PEO），将其溶解在二甲基甲酰胺/二氧六环混合溶剂中，通过缓慢滴加水驱动共聚物自组装，并通过调节PS链段的体积分数（90.3%~94.9%）和共聚物浓度（1~20 wt%），可控制备了三种不同有序孔结构的介孔超分子组装体，包括Imm和Pnm结构的反相双连续结构组装体（cubosomes）和p6mm结构的反相组装体（hexasomes）。基于共聚物浓度和PS链段体积分数，他们绘制了PS-b-PEO自组装形貌相图。他们还通过跟踪组装体形成过程中的中间体形貌，获得了上述反相组装体的形成机制，为制备双连续结构组装体提供了重要参考。该研究成果发表在新一期的《Angewandte Chemie International Edition》，文章第一作者为硕士研究生林志兴。
参考文献：
Lin Z, Liu S, Mao W, et al. Tunable Self-Assembly ofDiblock Copolymers into Colloidal Particles with Triply Periodic MinimalSurfaces [J]. Angewandte Chemie International Edition, 2017, DOI: 10.1002/anie.201702591.
文献链接：
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201702591/abstract
来源：高分子科学前沿
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