近期，芬兰坦佩雷大学郭洪爽博士在形状记忆与光响应驱动材料领域取得新进展，提出了一种基于硫属键（Chalcogen Bonding, ChB）的超分子交联策略，用于构建可形变液晶弹性体（LCE）材料体系。研究中，团队采用Aza–Michael加成反应将液晶基元RM82、半胱胺（Cyst）与N,N-二甲氨基丙胺（Dma）聚合，同时引入含硒或含硫的ChB供体，实现了LCE主链结构的构筑（图1-3）。其中，Dma末端的-N(CH3)2基团作为ChB受体，能够与Se或S原子形成方向性Se/S···N硫属键，从而诱导高效交联。
图1. 氢键，卤键与硫键。
通过固态核磁共振（SSNMR）、拉曼光谱和密度泛函理论（DFT）计算，研究者系统分析了ChB在聚合物中的形成机制及其对分子结构稳定性与能量分布的影响。进一步的力学测试表明，这些ChB-LCE材料不仅具备良好的形状记忆与可逆变形能力，还展现出优异的光热响应性能和较强的机械稳定性。相比传统以氢键或共价交联为主的LCE体系，硫属键因其独特的双σ-孔结构与空间构型调控能力，在动态高分子网络中提供了新的设计自由度，为推动智能软体机器人材料的可编程与可持续发展提供了全新思路。相关成果以“Supramolecular Chalcogen-Bonded Shape Memory Actuators”为题，发表在国际知名期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》上。郭洪爽博士为第一作者，郭洪爽博士和于韦斯屈莱大学的Rakesh Puttreddy博士为共同通讯作者。
图2. 硫属键LCE的化学成分与表征。
图3. 形状记忆性能和可逆致动性能。
该工作首次系统验证了硫属键作为构建具有可编程形变与驱动能力LCE的一种简便而高效的策略。尽管所制备的LCE体系中同时存在大量弱C–H···H–C氢键（单个能量约为4 kJ/mol）及共价交联网络，总能量远高于单一的Se···N硫属键，但正是这一特定非共价相互作用赋予了材料独特的形变响应功能。相比之下，较弱的S···N作用无法激发同样的功能响应，进一步强调了硫属键在调控宏观材料性能中的关键地位。值得一提的是，在LCE这一纳米尺度结构复杂、分子构型难以精准调控的体系中，Se···N硫属键实现了明确的结构-功能关联，具有重要科学意义。此外，该体系具备高度模块化特性，仅通过更换不同的ChB供体分子即可拓展材料的记忆形变或致动功能，避免了繁琐的系统重构，为多功能材料设计提供了极大便利。未来，通过引入更强的Se···N或Te···N作用，或将二者协同融合，该系统有望在蒸汽响应机器人、人造肌肉、高灵敏传感器等先进智能器件中展现广阔应用潜力。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202508101
