共价自适应网络（Covalent Adaptable Networks, CANs）是一类通过动态共价键交联的聚合物材料。由于兼具热塑性材料可回收、可加工性和热固性材料的高稳定性，CANs被认为是可以应对当前能源和环境危机、实现可持续发展的关键材料之一。 然而，迄今为止，大多数应用于CANs的动态共价键是电中性的，而自身带有电荷的CANs研究较为有限。此前，科罗拉多大学博尔德分校张伟教授团队利用螺硼酸酯化学，成功合成了首例由芳香基负电荷骨架构建的离子型共价自适应网络（ionic CANs, ICANs）。但研究过程中，团队发现该材料的合成较为复杂，且未能实现预期的导离子性。此外，直接引入锂/钠离子反而使材料很大程度上失去键的动态交换性。近期，该团队通过发展脂肪族螺硼酸酯化学，显著简化了ICANs的合成条件，并实现了加热条件下的锂/钠离子导电性。
在小分子模型化合物的研究中，团队发现，相较于芳香族螺硼酸酯，脂肪族螺硼酸酯在使用锂/钠作为抗衡阳离子时仍保留有很好的动态交换性。 基于这一发现，团队以易得的环氧前体为原料，通过一步简单的水解反应制备多醇单体，并进一步通过螺硼酸酯缩合反应合成了带有锂/钠抗衡阳离子的ICANs。这些ICANs的机械性能、玻璃化转变温度和离子导电性可通过添加LiTFSI或者NaClO4进行调控。所得材料表现出透明、平整的薄膜形态，可在90 °C下进行热压加工，并在加工后保持原有的机械性能和导离子性。此外，在食盐水和乙酸乙酯的混合液中加热，材料可以实现可控解聚，其多醇单体可被选择性地萃取至乙酸乙酯相中，从而实现闭环回收。 为了评估ICANs作为柔性固态电解质的潜力，团队构建了一个简单器件，并通过方波实验监测其电流变化。实验表明，即使在极端形变下，器件的电流仍保持稳定。而当器件被切断后，经少量甲醇浸润，材料可在温和的热压条件下迅速自愈，并在几分钟内重新恢复原有的导电能力。该研究通过发展脂肪族螺硼酸酯动态化学，为设计新型高性能CAN材料提供了一种全新的思路，有望进一步拓展其在柔性电子器件、可回收塑料、固态电解质等领域的应用。 论文信息 Closed-Loop Recyclable Lithium and Sodium Conducting Covalent Adaptable Networks Dr. Hongxuan Chen, Dr. Lacey J. Wayment, Dr. Huan Jiang, Dr. Zepeng Lei, Dr. Shaofeng Huang, Ashley Ley Zihao Yue, Zhehao Yuan, Dr. Yinghua Jin, Prof. Kai Yu, Prof. Wei Zhang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202425497
