溶胀是一种常见的自然现象，广泛涉及于人类生活的各个领域，包括生物医药、卫生用品、食品和生物分离等。目前，有机材料的溶胀已有诸多研究。相比之下，大多数无机材料却难以溶胀。为促使无机材料达到高度溶胀和分散，将其与可溶胀的有机材料杂化成为了一种极具潜力的办法。
近期，华东师范大学化学与分子工程学院/上海市绿色化学与化工过程绿色化重点实验室高国华教授与四川大学新能源与低碳技术研究院王滨燊特聘副研究员带领团队将有机溶胀聚离子液体材料与无机水滑石材料杂化，首次合成了一种可溶胀的有机无机杂化聚合物（PIL@CHT），并将其应用于高效催化二氧化碳促进环氧丙烷的水合反应制备1,2-丙二醇（图1）。所得新型可溶胀有机无机杂化聚合物在Hansen溶度参数大于24.4 MPa1/2的溶剂中表现出高度溶胀，且溶胀能力与溶剂的Hansen溶度参数呈线性正相关关系。其中，在Hansen溶度参数最大的水中表现出最大的摩尔溶胀度（QM = 305.3 mmol/g）。冷冻扫描电镜结果表明PIL@CHT在水中溶胀后呈现出一种粗糙的多孔网络结构，直径约为8~12微米；此时，与聚离子（PIL）紧密接枝的水滑石颗粒（CHT）高度分散于溶胀形成的孔道表面，这与PIL和CHT的物理混合物（PIL+CHT）在水中溶胀后出现的相分离现象形成鲜明的对比（图2）。
图1. 可溶胀有机无机杂化聚合物的构筑及其催化二氧化碳促进环氧丙烷水合反应制备1,2-丙二醇的示意图
图2. （A）干燥状态下的有机无机杂化聚合物PIL@CHT的扫描电镜图像，在水中充分溶胀后的（B）有机无机杂化聚合物PIL@CHT和（C&D）聚离子液体和水滑石的物理混合物PIL+CHT的冷冻扫描电镜图像
此外，一种二氧化碳助催化环氧丙烷水合反应制备1,2-丙二醇的新路径也被提出。与传统的环氧丙烷直接水合反应的路径不同，二氧化碳的参与促使其与环氧丙烷首先发生环加成反应生成中间产物碳酸丙烯酯；碳酸丙烯酯进一步原位水解生成目标产物1,2-丙二醇并释放二氧化碳。反应前后二氧化碳不会被消耗，且新的反应路径可以在降低水合比（水与环氧丙烷的摩尔比）的同时抑制副反应的发生（图3）。基于此，PIL@CHT凭借其优异的溶胀能力将有机组分（PIL）和无机组分（CHT）的活性位点紧密连接，并促使两相之间的活性位点与反应底物充分接触，在催化二氧化碳促进环氧丙烷水合反应过程中表现出优异的协同催化效果。
这项工作将聚离子液体优异的溶胀能力作为驱动力，成功地协助难溶胀的无机材料实现了微米尺度的溶胀和分散，开拓了有机材料和无机材料协同作用的应用前景。该工作以“Fabrication of Swellable Organic-Inorganic Hybrid Polymers for CO2‑Assisted Hydration of Propylene Epoxide”为题发表在《ACS Appl. Mater. Interfaces》上（DOI：10.1021/acsami.2c23332）。文章第一作者为华东师范大学化学与分子工程学院硕士研究生党璐璐。该研究得到国家自然科学基金委和国家重点研发计划的支持。
原文链接：
https://doi.org/10.1021/acsami.2c23332
点击下方“阅读原文”可下载该篇论文。
相关进展
盐城工学院王魁《Chem. Eng. J.》：“有机-无机”杂化结构的MXene提升UHMWPE纤维增强环氧树脂复合材料的性能
中科院兰州化物所：有机 - 无机杂化自润滑功能涂层取得新进展
东华大学朱美芳院士、杨建平教授与伍伦贡大学Jun Chen教授《Adv. Sci.》综述：有机/无机杂化纤维设计及电化学能源应用
吉林大学杨英威教授课题组Matter：基于柱芳烃的有机-无机杂化材料的构筑和应用研究
高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn
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info@polymer.cn，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。
