借助可逆网络中动态键在特定条件下的缔合-解缔合的反应，动态聚合物材料（DPMs）可以在外界刺激下进行网络结构的动态调整。目前所使用的动态键可主要分为动态共价键与动态非共价键。总得来说，动态共价键具有更高的键能，在室温下通常稳定，但其键松弛速率相对较低，一般需要催化剂辅助响应。相比而言，动态非共价键则表现出更低的键能和键强度，松弛动力学更快，无需催化剂即可实现温和条件下的刺激响应。在动态非共价键之中，氢键因其可逆性、高度取向性、灵活的可设计性等，在多重网络拓扑结构构筑方面得到了广泛的关注。
已有综述文章大多聚焦于动态共价键网络及相关化学，讨论动态非共价键，尤其是氢键相关材料的系统综述较少。通过合理的网络结构设计，含氢键的动态聚合物材料能够有效平衡动态性能和机械强度间的矛盾。因此，总结、回顾日益复杂的含氢键DPMs的网络拓扑结构对现有的研究工作具有重要意义，基于此，本综述对近年来含氢键的DPMs的研究进展进行了总结、讨论。
本综述共引用了144篇文献，从单一氢键可逆网络、含氢键的双重交联网络、三重交联网络三个维度介绍了聚合物体系中氢键网络的研究现状。作者团队在此领域也做了系列工作，本文引用了18篇，从不同角度对氢键等动态键、多重网络拓扑结构的作用进行了研究。综述的第一部分回顾了单一氢键可逆网络的研究成果。在单一氢键网络中，通常依靠多重氢键来提高材料的综合性能，而可形成四重氢键结构的2-脲基-4[1H]-嘧啶酮——UPy，是一种常用于聚合物及超分子聚合物的氢键基元。其易于形成二聚体（图1），且易于合成，能够顺利的被引入聚合物链结构中。此外，在聚合物结构中引入如氨基甲酸酯、酰胺基、脲键等非特异性的，可提供双重、三重等多重氢键的交联基元的合成策略也得到了广泛实施。但仅仅依靠单一氢键网络，材料的力学性能及动态性能提高空间有限。
图1 2-脲基-4[1H]-嘧啶酮(UPy)的二聚体形成示意图第二部分总结了含氢键的双重交联网络的研究进展，在氢键和动态共价键组成的双重网络之中，低键能的超分子氢键可作为能量耗散网络，提供材料以高韧性，而高键能的动态共价键则可保证材料的强度、弹性及稳定性。在提供优异动态性的同时，两者可协同改善材料的力学性能。采用含离子相互作用和氢键的双重非共价网络，能够制备出高动态性、高机械性能、且具备导电性的聚合物材料，可作为柔性电子器件基底。特别的是，氢键和离子键可通过同一种基团被一并引入，这一特点扩展了基于氢键-离子键双交联网络的设计性。利用氢键-金属配位键协同交联网络，可以获得兼具优异机械性能和良好动态性的聚合物材料。在交联网络中，配位键网络不仅发挥了动态特性，还可发挥牺牲键作用，用于网络的增韧、增强。通过灵活选择金属-配体组合，还可赋予材料低温自修复、荧光可调性等种种功能。第三部分介绍了更为复杂的三重交联网络的研究进展，引入三重网络可以使材料具备多功能性，基于合理的设计策略，三重交联网络结构能够协同发挥每种动态键的功能。在实际应用中，三重交联网络结构对材料合成工艺提出了更高的要求。第四部分则探讨了具备良好的生物相容性、可生物降解性等的基于动态交联网络制备的含氢键软体材料如组织工程、药物递送、医疗设备等生物医学工程领域的应用。
基于材料结构设计策略和分子作用机制，本文总结回顾了含氢键的动态聚合物材料（DPMs）的多重网络拓扑结构（图2），探讨了不同网络对材料机械性能及动态性能的作用、影响。最后预测了含氢键的DPMs的未来发展趋势，材料的网络拓扑结构、结构-性能关系的研究会更加深入，在柔性电子材料、生物医学材料等领域的研究趋势将集中在提升动态和机械性能、实现多功能集成、提高环境友好性和生物相容性等方面。本研究获得国家重点研发计划（2023YFB3709504）的支持。本论文的第一作者是中国科学院化学研究所2024级博士生任宇婷，通讯作者是董侠研究员。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2024.101890
欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至[email protected]，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。
欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。
申请入群，请先加审核微信号PolymerChina（或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。
