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  水凝膠傳感器在生物電子、儲(chǔ)能和智能穿戴等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。然而，傳統(tǒng)水凝膠傳感器普遍存在力學(xué)性能差、制備復(fù)雜且能耗高的局限。此外，水凝膠的高含水量使其易在室溫下失水，縮短使用壽命。在低溫環(huán)境中，水凝膠內(nèi)部自由水更易凍結(jié)，顯著降低其導(dǎo)電性，進(jìn)一步限制了傳感器在復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。

  近日，西華師范大學(xué)劉琦課題組報(bào)道了一種無引發(fā)劑太陽能光聚合策略快速制備兼具優(yōu)異的功能性與環(huán)境耐受性水凝膠傳感器（DES-PAMPS@CN）。該策略以氯化膽堿（ChCl）/甘油組成的深共晶溶劑（DES）和石墨相氮化碳（g-C₃N₄）作為雙光活性組分，在可見光照射下觸發(fā)活性單體快速聚合，構(gòu)建了兼具共價(jià)交聯(lián)、多重氫鍵與鏈纏結(jié)的分級(jí)網(wǎng)絡(luò)（圖1）。所得水凝膠在寬溫域內(nèi)表現(xiàn)出高機(jī)械性能、本征離子導(dǎo)電性及抗疲勞特性；可耐受扭曲、穿刺等復(fù)雜外力，并有效實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人體運(yùn)動(dòng)。當(dāng)DES-PAMPS@CN廢棄時(shí)，可經(jīng)溶劑高效分離并提取DES；其含g-C₃N₄的聚合物基質(zhì)可轉(zhuǎn)化為水修復(fù)材料，實(shí)現(xiàn)對(duì)水中有機(jī)污染物快速降解。

圖1.（a）DES-PAMPS@CN設(shè)計(jì)制備流程圖.（b）DES-PAMPS@CN內(nèi)部結(jié)構(gòu)及多種相互作用示意圖

  該工作系統(tǒng)地研究了雙光學(xué)活性組分ChCl與g-C₃N₄在太陽光觸發(fā)下的聚合反應(yīng)機(jī)理。ChCl在酸性條件下經(jīng)可見光照射能夠產(chǎn)生?OH，并引發(fā)聚合反應(yīng)。其可能的機(jī)理為，在酸性條件下，質(zhì)子化的ChCl吸收可見光子，促進(jìn)電荷重新分布并生成氯自由基，并轉(zhuǎn)化為?OH。此外，帶電的功能基團(tuán)通過靜電相互作用穩(wěn)定自由基，延長(zhǎng)其反應(yīng)性。產(chǎn)生的活性自由基攻擊單體中的雙鍵，引發(fā)鏈?zhǔn)皆鲩L(zhǎng)。另一方面，單一的g-C₃N₄作為一種光催化劑，在太陽光下也可以產(chǎn)生?OH。由此，通過ChCl與g-C₃N₄的協(xié)效作用顯著提高了DES-PAMPS@CN的光聚合速率。

  在DES-PAMPS@CN使用期間內(nèi)，通過g-C₃N₄形成的原位纏結(jié)、稀疏共價(jià)鍵和豐富的氫鍵，共同增強(qiáng)了體系的機(jī)械性能。DES-PAMPS@CN作為壓力傳感器表現(xiàn)出穩(wěn)定的力學(xué)性能、高導(dǎo)電率和抗凍能力（圖2）。當(dāng)DES-PAMPS@CN廢棄時(shí)，可經(jīng)溶劑提取并回收DES；其聚合物基質(zhì)可用于降解水中污染物，且該基質(zhì)還可以實(shí)現(xiàn)多次收集并再利用，顯示出優(yōu)異的綜合性能（圖3）。

圖2. DES-PAMPS@CN穩(wěn)定的機(jī)械性能、優(yōu)秀的抗凍能力和導(dǎo)電性

圖3. DES-PAMPS@CN廢棄物作為水修復(fù)材料的應(yīng)用及DES-PAMPS@CN傳感器的綜合性能

  以上研究成果近期以“Initiatorless Solar-Photopolymerized Heterostructured Hydrogel with High Performance, Environmental Adaptability, and Recyclability”為題發(fā)表于《Chemical Engineering Journal》。西華師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院碩士研究生王程浩為論文第一作者，西華師范大學(xué)劉琦副教授和黃馳博士為該論文的通訊作者。該工作得到了四川省高校綠色催化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目（LYJ2401）和西華師范大學(xué)研究基金（No.18Q028和24KE026）對(duì)該工作的資助。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.164389