与常规共价键相比，非共价作用力具有多种优势，如作用力大小易于调控，具有可逆性和环境适应性。在很多生物体系和化学过程中，非共价作用力都起到了非常重要的作用，比如参与分子识别，主导分子簇的形成，以及促进大分子复杂结构的构建。在聚合物体系中，非共价作用力广泛存在于分子内和分子间，不仅参与控制聚合物链的形态，并且常作为识别基团主导分子自组装和超分子结构的形成。
近日，加拿大阿尔伯塔大学阿尔伯塔大学曾宏波教授团队在化学材料综述期刊Chemical Reviews 上发表题为“Probing and Manipulating Noncovalent Interactions in Functional Polymeric Systems” 的文章，系统介绍了近年来关于聚合物体系中非共价作用力的研究进展，主要包括两个方面：第一，从纳米机械性能的角度对非共价作用力进行定量分析并探究其作用机理；第二，将微观的分子作用机理与宏观的聚合物性能进行结合，阐述如何通过调控非共价作用力构建功能性高分子材料。
非共价作用力的定量测量对揭示其作用机理有着决定性的作用。分子力测量技术（如表面力仪、原子力显微镜）的发展可以使我们直接从微米、纳米、甚至分子尺度上测定目标作用力的力曲线，从而得到其作用大小、范围、和动力学等信息。同时，相关材料的纳米机械性能，如弹性模量、形变、粘附力、摩擦力等也可以被直接测定。这些技术已经被广泛用于探究聚合物体系中的多种非共价作用，包括范德华力、静电力、金属配位、氢键、π-π作用、阳离子-π作用、阴离子-π作用、以及疏水作用等。
图2. 代表性分子力测量技术。（a）表面力仪，（b）原子力显微镜，（c）基于原子力显微镜的单分子力谱。
对这些非共价作用力的微观测量和机理研究可以直接应用于指导设计基于非共价键的功能性高分子材料。通过调控分子大小和形态、功能性基团的种类和数量、以及环境因素，聚合物中的非共价作用力可以被精确地控制，从而获得理想的物理化学性质（如环境响应、自修复、黏附等）。目前，对非共价作用力的操控已经被用于制备从微观到宏观的多种聚合物材料，包括胶体、薄膜、涂层、凝聚体、水凝胶等，在生物医学、能源、电子信息、环境工程等研究领域得到了广泛应用。
作者同时指出，在分子力检测方面，对非共价作用力的定量测量大部分集中于单一作用，对不同非共价键的协调作用研究还处于初级阶段。由于系统的复杂性，需要实验与理论计算相结合。同时，在材料的设计方面，如何模仿生物系统对非共价作用力进行精确控制也是未来非常重要的研究方向。本文通讯作者为曾宏波教授，陈静思博士和彭琼瑶博士为文章共同第一作者。
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.chemrev.2c00215
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