近日，孙俊奇教授受邀在《Accounts of Chemical Research》期刊撰写题为Reversibly Cross-Linked Polymers: A New Method for High-Performance and Sustainable Polymer Materials的综述文章，详细介绍了课题组所提出并建立的“可逆交联聚合物”这一高分子材料制备的创新概念。

聚合物材料因其卓越的力学性能与稳定性，已成为现代社会和经济发展的基础材料。然而，传统聚合物难以实现高效回收与循环利用，导致严重的资源浪费与环境负担。为应对这一挑战，研究者基于非共价键与动态共价键的可逆交联策略，先后发展了超分子聚合物、共价自适应网络(CANs)、类玻璃聚合物(vitrimers)，使材料具备修复、可重复加工及可化学解聚回收等特性。随着应用场景不断拓展，人们对可持续聚合物提出了更高要求：可持续聚合物材料在保持动态特性的同时，还必须展现出良好的环境稳定性，以及与传统聚合物相当甚至超越传统聚合物的力学性能。然而，构筑兼具高性能与可持续性的聚合物材料仍面临巨大的挑战。

高性能聚合物材料的开发依赖于合成方法的变革。孙俊奇教授课题组提出并建立了“可逆交联聚合物”(reversibly crosslinked polymers, RCPs)这一创新概念，应用于高性能和可持续聚合物材料的制备。可逆交联聚合物是以聚合物链为构筑基元，基于非共价键和/或动态共价键交联构筑的聚合物网络。可逆交联聚合物的核心创新在于：以聚合物作为构筑基元，可以最大限度提升稳定的共价键在可逆交联网络中的占比，使可逆交联聚合物具有优于传统超分子聚合物的力学强度和稳定性。进一步地，通过在可逆交联聚合物内部原位构筑纳米相分离结构，可实现材料在力学性能与稳定性方面的显著提升。这种原位构筑的可逆交联纳米相分离结构不同于传统聚合物中的静态相分离结构：一方面，其可作为高效的物理交联位点，赋予可逆交联聚合物高的强度；另一方面，在外力作用下，该纳米结构可发生可逆变形与解离，通过动态结构重构实现有效的能量耗散，从而赋予可逆交联聚合物独特而优异的力学性能。

本文全面梳理了课题组在高性能可逆交联聚合物领域的研究进展，涵盖可逆交联塑料、弹性体以及离子凝胶/水凝胶等代表性材料体系。文章首先概述了可逆交联聚合物的总体设计原则及其通用、灵活的制备策略，包括聚合物复合法、嵌段聚合物自交联以及基于动态共价键的加成聚合与缩聚等方法。通过精心设计并原位构筑可逆交联的纳米相分离结构，并对其刚性、可变形性和动态解离行为进行精准调控，可逆交联聚合物成功突破了传统基于非共价键和/或动态共价键交联的聚合物体系力学强度低、稳定性不足的瓶颈。其中，刚性纳米相分离结构赋予可逆交联聚合物可媲美甚至优于传统塑料和弹性体的力学强度；而韧性且可变形的相分离结构则能够在外力作用下高效耗散能量，使材料在保持高强度的同时显著提升韧性。由此，可逆交联聚合物展现出一系列传统聚合物材料难以具备的力学特性，如优异的抗损伤与耐损伤性能、超低滞后弹性以及优异的低温韧性等性能。此外，通过将可逆作用力限域在致密、刚性且疏水的纳米相分离结构中，可以显著提升可逆交联聚合物材料的热稳定性、耐水性以及耐溶剂性，从而拓展其在严苛及复杂环境条件下的应用范围。更为重要的是，得益于交联网络的可逆性，这些高性能可逆交联聚合物材料不仅具有优异的修复与重复加工性能，还能够在温和且无需催化剂的条件下解聚为单体并实现高效的闭环回收。可逆交联聚合物基碳纤维增强复合材料在力学强度和稳定性方面可与传统环氧树脂基碳纤维增强复合材料相媲美，同时实现复合材料的化学回收。

最后，文章指出，未来应充分发挥人工智能（AI）在可逆交联聚合物材料设计中的优势，通过将AI与理论模拟相互融合，深入揭示决定可逆交联聚合物性能的关键分子机制。基于数据驱动的结构-性能关联分析与智能优化策略，有望加速实现兼具卓越力学性能与长期稳定性的可逆交联聚合物材料的理性设计。作者认为，“可逆交联聚合物”这一新概念为高性能与可持续发展聚合物材料的创制提供了全新的设计范式，正逐步发展为前沿高分子材料创制的重要方法。

本文通讯作者是四虎影视 、超分子结构与材料全国重点实验室的孙俊奇教授，第一作者为李懿轩副教授。

论文链接：//pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.5c00737.