尽管有机-无机杂化材料，在机械、光学、电子和生物医学等领域发挥着不可替代的作用，但由于有机共价键和无机离子键在分子结构上的不同行为，分离的有机-无机杂化分子(目前仅限于共价化合物)很少被用于制备杂化材料。
在此，来自浙江大学的唐睿康&刘昭明等研究者，将典型的共价键和离子键整合在一个分子内，形成有机-无机杂化分子，可用于自底向上合成杂化材料。相关论文以题为“Organic–inorganic covalent–ionic molecules for elastic ceramic plastic”于2023年06月07日发表在Nature上。
缺乏有机-无机共价-离子分子(一种包含有机共价化合物和无机离子化合物作为分子片段的分子)禁止以‘自下而上’的方式产生多样化的有机-无机杂化材料。
传统的无机制备通常跳过无机离子物质的分子阶段，这导致了关于无机离子分子及其与有机共价分子的反应的知识空白。它阻止了有机和无机离子物质从分子到块状材料的融合，无论是在结构还是性能方面。
尽管为制备杂化材料开发了许多非经典结晶途径(例如，‘矿物塑料’)，但仍未实现对材料单元的分子精度调控。
然而，研究者最近关于‘无机离子寡聚物’的研究为制备分子大小的无机离子物质开辟了可能性，这为创建有机-无机共价-离子分子以及随后的‘自下而上’制备杂化材料打开了一扇窗户。
在这里，研究者选择了可以与块状材料交联的无机CCO(分子式(CaCO3)3)，以及可以通过动态二硫键(S-S)聚合的有机TA(硫辛酸)作为例子。
研究者通过经典化学中的一般酸碱反应实现了CCO和TA分子的杂交。研究者通过酸碱反应将有机共价硫辛酸(TA)和无机离子碳酸钙寡聚物(CCO)相结合，提供了具有代表性分子式TA2Ca(CaCO3)2的TA-CCO杂化分子。
它涉及有机TA段和无机CCO段的共聚生成各自的共价和离子网络，这两个网络通过TA-CCO复合物相互连接形成在形成的混合材料中即共价-离子双连续结构，即聚(TA-CCO)，它统一了矛盾的机械性能。
离子网络中的可逆Ca2+-CO32−键结合和共价网络中的S-S键结合，确保了材料的可再加工性和类似塑料的成型性，同时保持了热稳定性。在聚(TA-CCO)中同时存在陶瓷般的、橡胶般的和塑料般的行为超越了现有的材料分类，产生了一种“弹性陶瓷塑料”。
自下而上创建有机-无机杂化分子为混合材料分子工程提供了可行的途径，从而补充了用于制造有机-无机杂化材料的传统方法。
综上所述，自下而上构建的有机-无机共价-离子杂化分子用于共价-离子双连续网络，结合了陶瓷和橡胶类力学，以及塑料类模塑性和再加工性，从而产生了“弹性陶瓷塑料”。弹性陶瓷塑料的性能超出了目前的材料分类(图4)。
此外，这种特殊的杂化结构还赋予了弹性陶瓷塑料阻燃性能和优异的抗紫外线性能。这项工作确立了有机-无机分子前体在合理设计具有分子尺度精度的杂化结构中不可或缺的作用，有助于发现更多未开发的未来材料。
唐睿康，浙江大学化学系教授（求是特聘）、中国青年科技奖获得者、国家杰出青年科学基金获得者、国家万人计划科技创新领军人才。
个人简介：1991-1995年就读南京大学基础学科教学强化部、获学士学位；1995-1998年为南京大学化学化工学院研究生、获博士学位；1998-2001年在纽约州立大学布法罗分校从事博士后研究；2001-2005年任纽约州立大学布法罗分校化学系研究助理教授；2005年2月到浙江大学化学系工作至今，2021年1月起担任浙江大学实验室与设备管理处处长。2006年入选教育部长江学者奖励计划特聘教授，2011年获得中国青年科技奖，2016年获得国家杰出青年科学基金，2018年入选国家万人计划创新领军人才。是浙江大学求是高等研究院、硅材料国家重点实验室、附属邵逸夫医院浙江省骨骼肌肉退变与再生修复转化研究重点实验室成员。围绕生物矿化开展多学科交叉研究，内容包括：材料合成、生物材料、仿生修复以及材料调控生物等，涉及化学、材料、生物和医学等多个领域，主持国家重点研发计划项目及国家自然科学基金委重点项目等。
学术兼职：《无机化学学报》副主编、Nano Research 编委、Science China Materials 编委；《结构化学》编委；中国生物材料学会智能仿生生物材料分会副主任委员、生物陶瓷分会常务委员；浙江省高等教育学会实验室工作分会理事长。
社会职务：浙江省人大常委会委员、浙江省人大环境与资源保护委员会委员、民盟浙江省委会副主委、民盟浙江大学委员会主委、浙江省欧美同学会副会长、浙江省留联会副会长、浙江大学侨联主席、浙江大学留联会会长、杭州市科协副主席。
刘昭明，浙江大学化学系第一类“百人计划”研究员，2020年国家自然科学基金优秀青年基金获得者。2009.9-2013.6 浙江大学化学专业，获得理学学士学位；2013.9-2017.6 浙江大学化学系博士研究生，获得理学博士学位；2015.10-2016.5 作为访问学者在美国西北太平洋国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory）研究学习；2017.7-2020.11 先后以博士后、助理研究员、特聘副研究员在浙江大学化学系工作。2020.12 晋升为百人计划研究员。
围绕晶体生长机理、功能材料合成与应用开展研究。在无机离子寡聚体及其聚合交联，无机材料可塑制备方面取得了原创性突破，为无机材料合成提出“无机离子聚合”全新策略。并以此为基础实现多种仿生结构材料的合成，包括人牙釉质的再生，在功能材料、仿生材料制备与生物医学领域具有重要科学和应用价值。
以第一作者或者通讯作者身份在Nature, Science, PNAS, Sci. Adv., Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., JACS等高水平期刊上发表论文20余篇。曾在第16届国际生物矿化论坛（16th International Symposium on Biomineralization）做大会报告，在2018 Gordon Research Seminar on biomineralization等国际会议中多次做邀请报告。担任Adv. Mater., Cryst. Growth Des., Acta Biomater.等多家知名期刊的审稿人。
Fang, W., Mu, Z., He, Y. et al. Organic–inorganic covalent–ionic molecules for elastic ceramic plastic. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06117-1
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06117-1
https://person.zju.edu.cn/0005003
https://person.zju.edu.cn/0617263
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