高分子周报 · 2026 年第 41 周 · 10.05 — 10.11
POLYMER HOT
本周机器学习引导设计空穴选择性自组装单分子层,使倒置钙钛矿电池效率达 26.36%。材料与性能方向,嵌段共聚物多态材料电路实现可回收多态切换,四嵌段介电薄膜在 150°C 下储能密度达 8.5 J/cm³。功能与应用方向,双支化氨乙氧基可电离脂质实现环状 RNA 递送,水基有机太阳能电池获 12.59% 认证效率。
机器学习引导设计半刚性空穴选择性自组装单分子层,倒置钙钛矿电池效率达 26.36%
研究团队用成对排序 Siamese D-MPNN 在已发表 SAM 对照-目标数据对上训练,发现降低尾基平面性可提升 PCE,据此设计出七元环 SAM 4PABAP(ML 评分 +2.54)和 4PAHBAP(+5.52),均高于 4PACz(−0.32)。
合成与表征
本版导读本周合成路线强调可控与可回收,涵盖 CO2 介导氨基酸聚合物闭环合成、芳氧基黄原酸酯超快水相聚合及热固性配方自主发现。
CO2 介导闭环合成氨基酸聚合物:1 分钟成 NCA 单体、回收率 91.2%
研究团队提出一种以氨基甲酸酯为反应中间体的 CO2 介导合成策略,可在温和条件下 1 分钟内由 CO2 和氨基酸制得 NCA 单体,并实现超快可控 NCA 聚合,得到分子量可预测的氨基酸聚合物。
利用动态共价化学的热力学不对称实现水凝胶合成后重构
研究提出在动态共价化学中引入热力学不对称,使网络定义键在材料成型后被替换而非仅发生键交换。在腙与肟的组合中,作者在水相条件下实现接近定量的腙到肟交换,动力学模型显示该交换由水解路径主导并具有非平凡的浓度依赖。用功能性烷氧基胺处理预成型的腙水凝胶,可在不破坏网络的前提下实现拓扑、力学与功能的重编程。
芳氧基黄原酸酯 CTA 实现超快水相 PET-RAFT 聚合与光诱导自组装
研究报道一种带 2-萘氧基 Z 基团的芳氧基黄原酸酯链转移剂(CTA),在橙光照射下实现超快水相 PET-RAFT 聚合,表观增长速率常数 kpapp 达 0.89 min–1,2 min 内单体转化率超过 80%,Đ ≤ 1.2。
5-苯基-1,4-二氧杂环己-2-酮的可控开环聚合:立体可调且闭环可回收的聚酯
作者以乙醇酸甲酯与氧化苯乙烯为原料,经酸催化环氧开环与分子内环化一锅合成 5-苯基-1,4-二氧杂环己-2-酮(PhDO),H2SO4 催化路线分离收率 62%。
热固性信息学结合自主实验实现按需配方发现
该工作提出一套端到端流程,将部分自驱动实验室(p-SDL)与信息学驱动优化结合,用于发现并验证热固性丙烯酸酯配方。流程以整合内部实验、分子动力学模拟与文献数据的热固性丙烯酸酯数据库为起点,训练单任务与多任务预测模型并直接对接 p-SDL 指导实验、测量力学与加工相关性能。各组件先独立验证再联合部署,用于优化一种目标弹性体材料,人力投入减少超过 90%,完整优化仅需约 40 h 有效实验时间。
聚合过程中结晶:低缠结固态可加工超高分子量反式-1,4-聚丁二烯的制备路线
研究以单活性中心催化体系合成反式-1,4-聚丁二烯(TPBD),发现以庚烷替代甲苯作聚合介质时,增长链在合成过程中快速结晶,形成更薄的晶体,产物具有更高的反式含量、分子量和熔点及热稳定性。
材料与性能
本版导读材料设计转向分子架构调控,瓶刷状 PEG 借四嗪弱相互作用凝胶化,氟碳疏水桥提升 n 型混合导体稳定性。
嵌段共聚物多态材料电路:双相结晶调控实现可回收多态切换
研究报道了一种可回收的多态材料体系,通过自组装纳米结构中的双相结晶控制实现定量定义的状态与类电路转变路径。高结晶度与取向状态下材料韧性达 441 MJ m⁻³、真强度 738 MPa,可承受自身重量百万倍载荷;刚性态经调控后力阻尼最高 94%,优于 UHMWPE 与 Kevlar。
瓶刷状 PEG 水凝胶借架构放大四嗪弱相互作用实现无共价交联凝胶
研究用瓶刷状 PEG 高分子(线性主链密集接枝短侧链)将不足以使线性高分子凝胶化的四嗪 π–π 相互作用转化为稳定的超分子水凝胶,无需共价交联。该网络在约 65 °C 以下保持稳定,具有剪切可逆的固–液转变,并在四嗪失活后解组装;DFT 计算显示反平行四嗪–四嗪相互作用在室温下约为 17 kBT。
受髓鞘启发的氟碳疏水桥设计提升 n 型有机混合离子电子导体稳定性
研究者受髓鞘结构启发,在 DPP-CNTVT 聚合物系列(2nFG-P,n = 1、2、3、4、6)中引入氟碳疏水桥,将离子与电子传输路径在分子层面分隔,以突破常规“π 骨架 + 亲水侧链”设计。
四嵌段模块化设计实现可卷绕聚合物介电薄膜高温高效储能
研究提出四嵌段分子构建方法,将化学结构简化为通用模块,以兼顾热机械性能、电击穿、介电极化与损耗。目标设计的聚合物介电材料在150°C下储能密度达8.5 J/cm³、200°C下为6.4 J/cm³,效率均超过90%,断裂伸长率达40%,高于其他实验室制备的聚合物介电材料。该材料已实现大面积薄膜的卷对卷制备,并在苛刻条件下保持储能性能不下降。
非稠合共轭延伸小分子受体C5Qx-FTh使有机太阳能电池PCE达20.1%、非辐射能量损失降至0.18 eV
研究报道了一种非稠合共轭延伸策略,通过用单个噻吩基团延伸中心核并引入分子内F···S构象锁,使小分子受体C5Qx-FTh形成二面角低于1°的近共平面构象。该刚性骨架抑制了电子-声子耦合与激子静态无序,同时抑制分子链动力学并提升器件稳定性;理论与形貌表征显示分子间相互作用面积从302 Ų增至342 Ų,堆积模式由A-to-A转变为A-to-D,π-π与层状间距缩短。
功能与应用
本版导读应用端聚焦能源与分离,高温聚合物电解质膜电解槽制高纯氢并放大电堆,Tröger's base 多孔膜实现单价多价离子分离。
双支化氨乙氧基可电离脂质实现环状 RNA 体内外递送
研究报道了一类可电离脂质,可高效递送环状 RNA,其结构含氨乙氧基头基、双支化尾链以及兼顾氢键与可生物降解性的连接段。先导脂质 iL-19 在 C2C12 肌细胞中的蛋白表达比 Moderna 的 SM-102 制剂高约 28 倍,在 BALB/c 小鼠肌内给药后表达高 2.5 倍。
高温聚合物电解质膜电解槽电化学水煤气变换制高纯氢并放大至五片 MEA 电堆
研究报道了一种在 120 °C–200 °C 运行的高温聚合物电解质膜电解槽(HT-PEME),用于电化学水煤气变换反应制氢。该体系采用 RuIr/C 催化剂,Ir 位点改善 Ru 上 *OH 与 CO 吸附的平衡,加快 WGSR 动力学并降低过电位;运行温度高于水的沸点,反应界面转为气固界面,克服传质限制。
双配体工程构建高利用率铁配合物负极电解液用于碱性全铁液流电池
研究团队以三乙醇胺为主配体、吡啶-3-磺酸盐(PS)为第二配体,开发出 Fe(TEA)(PS) 负极电解液,用于碱性全铁液流电池。计算与 Fe K-edge X 射线吸收谱显示其分子构型增大、配位环境更饱和;该配合物在 2 M NaOH 中溶解度达 1.41 M,Fe(III)/Fe(II) 氧化还原电对电位为 -0.87 V(vs. SHE)。
Tröger's base 多孔有机聚合物膜实现单价/多价离子选择性分离
研究报道了基于 Tröger's base 的多孔有机聚合物(POP)膜,其刚性共价交联微孔骨架可稳定埃级传输通道并抑制水合溶胀,实现单价离子的快速传输,同时近乎完全排斥 Mg2+、Al3+、SO4 2−、PO4 3− 等多价离子。
水-油界面动力学调控实现 12.59% 认证效率的水基有机太阳能电池
西安交通大学等团队通过调控水-油界面动力学,制备出水基有机太阳能电池,获得 12.59% 的认证效率。研究使用中国散裂中子源的小角中子散射以及先进光源的 X 射线数据开展结构与形貌分析。该工作为水基加工有机光伏的界面控制提供了思路。
可持续
Ru/W0.4ZrOx 催化连续脱羧实现废 PET 骨架收缩制苯,收率 83.3%
研究报道了一种直接催化转化废 PET 制苯的路线,通过连续脱羧把对苯二甲酸酯衍生的 C8 骨架收缩为 C6,在 Ru/W0.4ZrOx 催化剂上苯收率达 83.3%。
前沿论文
极化驱动氢负离子转移使钴四磺基酞菁催化析氢速率提升五个数量级
研究定量比较了溶解态钴四磺基酞菁(CoTSPc(aq))与吸附在碳电极表面的 CoTSPc/C 的析氢反应活性与机理。在相同电极电位下,CoTSPc/C 催化 HER 的速率比 CoTSPc(aq) 快五个数量级以上。
EF-SCN 策略实现二维 MoS2 单中心成核与 10 μm 单晶生长
研究团队提出刻蚀通量介导单中心成核(EF-SCN)策略,利用 HfO2 势垒在 MOCVD 过程中释放氧形成横向刻蚀通量,在生长区中心建立非均匀成核概率分布,实现二维 MoS2 的确定性单中心成核。