（一）良好力学性能和三重形状记忆功能的超分子水凝胶
形状记忆高分子材料是指具有保持临时变形形状的能力，当受到外界刺激后，可以恢复到初始形状，从而表现出对初始形状具有记忆功能的一类智能高分子材料。目前发展的形状记忆高分子材料主要是热致形状记忆高分子，即在热刺激下可以恢复到初始形状，这使其在某些领域的应用具有一定的局限性。因此，开发新的记忆存储方式显得尤为重要。
近年来，随着超分子科学的发展，具有特殊的可逆性和高度的动态性的超分子作用力，如金属配位作用、主-客体作用和动态共价键等在制备结构规整、性质可控功能材料方面表现出了显著的优势。然而目前基于超分子作用的形状记忆高分子材料的设计尚处于起步阶段，材料普遍存在力学性能较差，且仅能记忆单一临时形状等不足，限制了其进一步应用。中国科学院宁波材料技术与工程研究所（中科院宁波材料所）陈涛研究员的智能高分子材料团队在前期超分子水凝胶的研究基础上（Chem. Commun., 2014, 50,12277; Macromol. Rapid Commun., 2015, 36, 533），通过将可有效提升水凝胶力学性能的双网络概念引入基于超分子的形状记忆高分子材料，并进一步发挥超分子体系的设计，他们成功构筑了具有良好力学性能，且可实现三重形状记忆功能的双网络超分子水凝胶（Chemical Science, 2016, DOI: 10.1039/C6SC02354A）。
图一：双网络超分子水凝胶的制备和三重形状记忆功能。
如图一所示，在该体系中，通过将接枝了苯硼酸的海藻酸钠（Alg-PBA）、丙烯酰胺（AAm）、聚乙烯醇（PVA）混合，通过AAm的热聚合形成第一重网络（PAAm），然后调节pH生成动态硼酸酯键，从而形成第二重网络（Alg-PBA-PVA）。在水凝胶受到外力时，动态Alg-PBA-PVA网络受到破坏，从而耗散能量，达到提升水凝胶力学性能的结果。通过调节Alg-PBA-PVA动态网络与PAAm化学交联网络的比率，可以得到一系列具有较好力学性能且大小可调的水凝胶。
体系中存在动态硼酸酯键，海藻酸钠和金属离子（Ca2+）的配位作用两种超分子作用，这两种作用都可以作为临时交联点使水凝胶保持临时形状，从而实现形状记忆功能。鉴于这两种形状记忆方式互不干扰，将两者结合，则可以实现宏观/微观三重形状记忆功能（图二）。
图二：三重形状记忆功能（宏观/微观）。
此外，动态硼酸酯键还可以赋予超分子水凝胶自修复性能。结合海藻酸-Ca2+的配位作用，他们实现了在自修复后进行形状记忆以及在形状记忆过程中进行自修复（图三）。这一思路有助于人们理解生物体的功能并设计构筑新型仿生材料。
图三：形状记忆与自修复相结合。
此工作不但提升了超分子形状记忆水凝胶的力学性能，还首次实现了基于超分子作用的三重形状记忆功能，为开发新型形状记忆高分子材料提供了思路。文章发表后，受到了RSC出版社旗下的杂志Chemistry World的关注，德国汉堡大学的Patrick Théato教授对他们的工作也给予了很高的评价，认为这种在温和条件下可实现形状记忆功能的超分子材料在生物医用领域将具有广阔的应用前景。
该研究工作得到了国家“青年千人计划”、中科院“拔尖青年科学家”、国家自然科学基金（21304105，51303195, 51573203）及浙江省杰出青年基金（LR14B040001）等项目的资助。
http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2016/SC/C6SC02354A
http://www.rsc.org/chemistryworld/2016/07/stretchable-hydrogel-shape-memory-healing-material
原文：Stretchable supramolecular hydrogels with triple shape memory effect
Chem. Sci., 2016, DOI: 10.1039/C6SC02354A
(二)二维高分子纳米复合薄膜材料构建及高效乳化油水分离与水净化
海上原油泄漏以及在石化、机械、皮革、纺织等工业生产过程中产生大量的含油废水，使得油类通过各种途径进入水体。为了保护生态平衡和人类健康，保护有限的水资源，对含油污水进行有效分离十分必要。具有特殊表面润湿性的复合材料可以简便有效实现油水分离功能，但目前大部分这类材料只能对油水混合物进行分离，不能对油水乳液、尤其是表面活性剂稳定的油水乳液进行有效分离。另外，油污水中也常常含有有机污染物或有害细菌等微生物，油水分离后的水质不能直接排入水体系统，目前还缺少有效手段净化分离后的油污水质。因而，构建新型油水分离材料，进而有效分离油污水，同时实现对水质的净化对保护生态具有重要的意义。
中科院宁波材料所陈涛研究员的智能高分子材料团队长期致力于二维高分子纳米复合油水分离材料的研究，通过表面接枝高分子刷和多级组装技术，获得多种新型复合材料，可实现高效分离油水乳液和净化水质。科研人员采用多孔陶瓷作为衬底，抽滤纳米碳管（CNTs）成膜，采用自引发的光接枝光聚合(self-initiated photografting and photopolymerization，SIPGP)的方法接枝疏水性的高分子聚苯乙烯（PS）到CNTs的表面，进而协同利用CNTs薄膜的高粗糙度表面，获得超疏水性的二维杂化薄膜材料。该膜可用于微米和纳米级油包水乳液的大通量、高效分离（J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 15268-15272，图1上，内封面）。在此基础上，将得到的超疏水性的PS/CNTs薄膜反转并转移到另一个基底上，再次通过SIPGP将亲水性的聚甲基丙烯酸二甲胺乙酯（PDMAEMA）单向接枝到CNTs膜的表面，从而得到具有亲水/疏水结构的双面（Janus）复合薄膜（PDMAEMA/CNTs/PS），实现对油包水和水包油乳液进行选择性分离的效果（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6, 16204，图1下）。针对现有油水分离材料不耐腐蚀的问题，该团队在CNTs表面接枝修饰较低表面能的全氟癸基三乙氧基硅烷（PFDTS），从而简便制备了形貌、流速可控的PFDTS/CNTs 薄膜，实现高效、快速的乳化油水分离。该薄膜具有较好的耐酸碱、耐高温低温和阻燃性能，为提高油水分离材料的实用性奠定了良好的基础（J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 4124）。
图1. (上)超疏水性PS/CNTs薄膜的制备以及分离油水乳液, (下)Janus 碳基薄膜分离油水乳液
为快速有效去除油污水中的有害污染物，该团队通过表面接枝分子刷和层层组装技术，获得一种新型多级复合材料，实现高效分离油水乳液和净化水质。利用抽滤的方法，使得高密度负载金纳米颗粒的聚苯乙烯复合微球（PS@AuNPs）紧密堆积，组装形成复合微球催化薄膜，进而将亲水性碳纳米管薄膜沉积在微球薄膜表面，从而获得一种表面水下超疏油、具有催化功能的多级复合薄膜（J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 10810，图2）。分离过程中，油相被上层水下超疏油碳管薄膜阻截，水相则通过微球间弯曲孔道穿过下层复合微球薄膜，从而实现油水分离功能。水相绕流经过微球孔道的同时，水相中模型有机污染物（硝基苯酚和硼氢化钠混合溶液）与孔道内壁上的高密度金纳米颗粒充分接触，被快速催化分解，实现快速有效催化降解水中有机污染物。这种新型复合薄膜材料，首次同时实现了油水乳液分离和催化分解水溶性有机污染物，处理通量达到3500 L m-2 h-1 bar-1，催化效率最高可达92.6%，并具有良好的力学和催化稳定性，可多次重复使用，并适于连续性操作，为工业化废水处理提供了一种新的分离技术。当负载银纳米颗粒（Ag NPs）到超亲水CNTs分离薄膜中，利用银纳米颗粒的杀菌性能，可在油水分离的同时杀死水质中的有机污染物或细菌（RSC Adv., 2016, 6, 73399-73403），从而同时实现油水分离和快速有效净化水质。
图2. CNTs/PS@AuNPs多级复合薄膜的催化降解和油水分离功能
以上工作得到了国家青年自然科学基金（51573203），浙江省自然科学基金（21304105），宁波市自然科学基金（2014A610127，2015A610022），浙江省杰出青年基金（LR14B040001）及中科院海洋新材料与应用技术重点实验室开放课题（2016Z01），浙江省公益技术应用研究计划（2015C33031）等项目的资助。
http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2016/TA/C6TA04362C
原文：Underwater superoleophobic carbon nanotubes/core–shell polystyrene@Au nanoparticles composite membrane for flow-through catalytic decomposition and oil/water separation
J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 10810-10815, DOI: 10.1039/C6TA04362C
陈涛研究员简介
陈涛，博士，研究员，博士生导师。入选第二批中组部“青年千人计划”。
图片来源：中科院宁波材料所
2006年毕业于浙江大学化学反应工程国家重点实验室，获得高分子化学与物理博士学位。先后于2006年到2007年在英国华威大学(University of Warwick)化学系及于2007年到2010年在美国杜克大学(Duke University)材料科学与工程系从事博士后研究；2010年到2012年，作为洪堡学者在德国德累斯顿工业大学(Technische Universität Dresden)化学系从事科研工作。2012年入选第二批中组部“青年千人计划”后，以“团队行动”加入中科院宁波材料所，组建智能高分子材料课题组。在Chemical Society Review, Progress Polymer Science, Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Chemistry of Materials, Small, Biomaterials, Advanced Materials Interfaces, Chemical Communications, ACS Appl. Mater. Interfaces, Journal of Materials Chemistry, Polymer Chemistry, Macromolecular Rapid Communications, Langmuir, Soft Matter, Journal of Physical Chemistry和Polymer等期刊上发表SCI学术论文100余篇，引用1600余次，H因子为22，合作出版专著4本，申请15项国家发明专利，5项获得授权。
研究方向：新型功能与智能高分子材料的设计；高分子刷基杂化材料体系的构建及其在柔性可穿戴传感器件、化学与生物传感器（食品安全及生殖健康检测）等方面的应用。
承担项目：中组部“青年千人计划”项目、中科院“百人计划”项目、国家自然科学基金青年/面上项目，浙江省“杰出青年基金”项目及宁波市科技创新团队项目等。
http://www.nimte.ac.cn/people/staff/researcher/201402/t20140222_4037736.html