前言：

当今化学学科发展的一个重要标志就是创造新物质的方法日益丰富多样，除了传统的化学合成手段之外，利用分子间的弱相互作用构筑具有新颖超分子结构的分子材料成为化学工作者创造新物质的重要途径之一。超分子凝胶就是传统化学合成技术和当代超分子组装技术综合运用所创造的一类重要物质。与高分子凝胶不同，维系超分子凝胶结构的是凝胶因子之间的弱相互作用，因此，在受到机械力、超声波、化学试剂以及温度等外界环境刺激时，凝胶材料宏观上可能表现出凝胶-溶液相态转变，即环境刺激敏感特性，这种特性使其在缓释、细胞培养、模板合成、信息存储与感知等方面表现出广阔的应用前景。

树枝状大分子是通过支化基元逐步重复反应得到的具有高度支化结构的大分子，具有精确、单一分散的三维立体结构，分子体积、形状和功能可在分子水平精确设计和控制。一方面，树状分子众多支化单元提供的多重弱相互作用力有利于形成稳定的超分子凝胶体系，即使在其上面修饰对外界变化敏感的官能团，依然能够保持稳定的凝胶形态；另一方面，树状分子灵活多变的可修饰位点也为研究构效关系和响应机理提供了有利条件。因此，树状分子凝胶作为一类典型的超分子凝胶材料，其在构建环境敏感型软材料，尤其是多重外界刺激响应性软材料方面，显现出了独特的优势。

笔者自2009年以来，一直致力于树状大分子智能凝胶材料研发工作。本书以笔者多年来在环境敏感型树状分子凝胶材料方面的研究成果为基础，充分考虑了树状分子凝胶材料的系统性和完整性，参考并吸收了国内外相关最新研究成果编撰而成，力争使著作能比较全面地反映环境敏感型聚芳醚型树状分子凝胶领域的研究成果和进展。笔者具体工作有：在外围间苯二甲酸二甲酯功能化的聚芳醚树状分子中引入偶氮苯官能团，构筑了首例能够同时对光、热、超声和触变等四重外界物理刺激产生智能响应的树状分子有机凝胶材料；通过调控金属离子和树状分子配体配位作用，发展了一类能够对多种化学试剂以及物理刺激产生响应的树状分子金属凝胶材料；通过聚芳醚树状分子配体和卤素阴离子的卤键作用，实现了对氯离子可视化、专一性识别；研究发现聚芳醚树状分子凝胶材料除了环境敏感特性，对金属离子以及有机污染物具有良好的吸附性能。

本书由山西大同大学博士科研启动基金项目（2019-B-01）资助，书中主要内容是国家自然科学项目（No.21074140，91027046，21290194和21221002）、山西省高等学校科技创新项目（2019L0739）、山西大同大学科研项目（2020YGZX011）和中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室开放基金（2021K02）等项目的主要成果。冯宇教授和白云峰教授对本书的完成给予了极大的鼓励和支持；陈辉博士和郝晓宇硕士等人的工作为本书部分章节的形成做出了很大贡献；初庆凯、赵晓芳等参与了文献资料搜集和文字编排工作，在此一并致以诚挚的谢意。

由于笔者水平有限，书中难免有疏漏和不足之处，敬请专家和读者不吝赐教，提出宝贵意见和建议。

刘志雄

2022年10月

于山西大同大学

目录：

第1章  凝胶材料概述    001

1.1　凝胶简介   001

1.1.1　基本概念 001

1.1.2　凝胶分类 001

1.1.3　凝胶应用 003

1.2　超分子凝胶 004

1.2.1　基本概念  004

1.2.2　几种典型小分子凝胶因子  006

1.2.3　环境敏感型超分子凝胶 006

1.3　树状分子凝胶 012

1.3.1　树状分子简介 012

1.3.2　树状分子凝胶简介  014

1.3.3　树状分子有机凝胶 015

参考文献   031

第2章  聚芳醚型树状分子凝胶    038

2.1　核心氢键型聚芳醚树状分子凝胶 039

2.1.1　核心修饰有氨基酸的聚芳醚树状分子有机凝胶 039

2.1.2　核心含氢键ABn型聚芳醚型树状分子有机凝胶 041

2.2　外围修饰有长烷基链型聚芳醚型树状分子凝胶  042

2.3　外围含功能化芳环的聚芳醚型树状分子凝胶 045

2.3.1　外围间苯二甲酸二甲酯功能化的聚芳醚型树状分子凝胶 046

2.3.2　外围卤素功能化的聚芳醚型树状分子凝胶   053

2.3.3　外围甲酯官能团功能化的聚芳醚型树状分子凝胶 056

参考文献 060

第3章  基于偶氮苯官能团的环境敏感型聚芳醚树状分子凝胶    063

3.1　外围修饰偶氮苯官能团的聚芳醚型树状分子凝胶   064

3.1.1　PA型凝胶因子的合成及表征 064

3.1.2　PA型凝胶因子凝胶性能测试  067

3.1.3　PA型凝胶微观形貌研究 068

3.1.4　PA型树状分子成凝胶机理研究  069

3.2　核心修饰偶氮苯官能团的聚芳醚型树状分子凝胶 071

3.2.1　CA型凝胶因子合成及表征   071

3.2.2　CA型凝胶因子凝胶性能测试及微观形貌研究 073

3.2.3　CA型凝胶刺激响应性能研究 075

3.2.4　CA型树状分子凝胶有机污染物吸附性能研究 079

3.3　枝上修饰偶氮苯官能团的聚芳醚型树状分子凝胶 080

3.3.1　BA型凝胶因子合成及表征 080

3.3.2　BA型凝胶因子凝胶性能测试、热力学稳定性研究及微观形貌研究 082

3.3.3　BA型树状分子成凝胶驱动力研究 088

3.3.4　BA型树状分子凝胶的多响应性能研究 090

参考文献 099

第4章  基于配位作用的环境敏感型聚芳醚树状分子金属凝胶 / 102

4.1　银离子调控的聚芳醚型树状分子金属凝胶 103

4.1.1　树状分子配体及其金属配合物的合成及表征 103

4.1.2　树状分子配体及其金属配合物成凝胶性能及微观形貌研究 107

4.1.3　树状分子配体及其金属配合物成凝胶驱动力研究  112

4.1.4　树状分子金属配合物凝胶刺激响应性能研究 115

4.1.5　树状分子金属凝胶作为模板原位制备银纳米粒子 121

4.2　铂离子调控的聚芳醚型树状分子金属凝胶 124

4.2.1　树状分子金属大环配合物的合成及表征 124

4.2.2　树状分子金属大环配合物成凝胶性能及微观形貌 128

4.2.3　树状分子金属大环配合物成凝胶驱动力研究 132

4.2.4　树状分子金属大环配合物凝胶刺激响应性能研究 134

参考文献 138

第5章  基于卤键识别作用的环境敏感型聚芳醚树状分子凝胶体系    140

5.1　碘代氟苯功能化的聚芳醚型树状分子合成及表征 142

5.2　碘代氟苯功能化的聚芳醚型树状分子成凝胶性能、凝胶微观形貌研究 147

5.2.1　成凝胶性能研究 147

5.2.2　凝胶微观形貌研究 148

5.3　碘代氟苯功能化的聚芳醚型树状分子成凝胶驱动力研究 153

5.3.1　溶剂滴定实验 153

5.3.2　基于浓度和温度变化的核磁共振氢谱  155

5.3.3　广角X射线粉末衍射实验 156

5.3.4　树状分子自组装模型   157

5.4　触变响应性能 158

5.5　可视化识别氯离子 160

5.5.1　卤素离子识别行为研究 161

5.5.2　氯离子识别机理 163

参考文献 168

第6章  双功能化环境敏感型聚芳醚树状分子凝胶    170

6.1　核心修饰喹啉官能团的聚芳醚型树状分子凝胶 170

6.1.1　喹啉功能化聚芳醚型树状分子合成及表征 171

6.1.2　喹啉功能化聚芳醚型树状分子成凝胶性能及微观形貌 172

6.1.3　喹啉功能化聚芳醚型树状分子成凝胶驱动力 177

6.1.4　喹啉功能化聚芳醚型树状分子凝胶刺激响应性能 178

6.1.5　喹啉功能化聚芳醚型树状分子凝胶对污染物的吸附性能   181

6.2　核心修饰苯并唑官能团的聚芳醚型树状分子凝胶 185

6.2.1　HPB功能化聚芳醚型树状分子合成及凝胶性能 186

6.2.2　HPB功能化聚芳醚型树状分子成凝胶驱动力 189

6.2.3　HPB功能化聚芳醚型树状分子凝胶刺激响应性能 191

6.2.4　核心修饰荧光基团的聚芳醚型树状分子凝胶荧光性能 199

6.3　其他类型双功能化聚芳醚型树状分子凝胶材料 203

参考文献 206