导电高分子是一类新型的高分子材料，由于具有长程共轭的π电子，此类材料展现出半导体性能，在有机场效应晶体管、有机太阳能电池、发光二极管等方向上有着广阔的应用前景。导电高分子的有序排列和自组装是调控其性能的重要手段，而传统的导电高分子的自组装，往往是利用其主链结构的π-π堆叠作用，以及烷基侧链间的弱相互作用来调控的。尽管将具有强自组装能力的生物分子片段用于调控小分子共轭体系的自组装行为已有很多研究，但 将其用于调控高分子共轭体系的自组装研究得还非常少。
近日，万晓波教授研究团队利用具有自组装能力的仿蛛丝蛋白多肽片段，将其接枝到最常见的导电高分子——聚噻吩上，研究了该多肽片段的含量及其在聚噻吩中的位置的不同对聚噻吩组装行为的影响。研究发现，该类材料的自组装行为主要受到仿蛛丝蛋白多肽片段含量的影响：当该多肽片段的含量较低时(< 40 mol%)， 聚噻吩组装成纳米纤维结构；但当其含量较高时(> 40 mol%)， 聚噻吩组装成纳米至微米大小的球形或椭球型结构，如图一所示。而此类结构的形成与聚噻吩是否为嵌段共聚物还是无规共聚物没有明显的因果关系，尽管嵌段共聚物所获得的纳米纤维更长且具有更粗的直径。这是国际上第一例通过侧链调控实现聚噻吩纳米结构完全转变的报道。
研究团队利用变温紫外-可见光谱、傅里叶红外以及X射线衍射技术对其组装机理进行了详细研究。研究结果发现，当多肽片段含量较低时，侧链更容易组装成β折叠结构，并能有效地促进其附近的聚噻吩主链片段的π-π堆叠，形成纳米纤维结构；而当多肽片段含量过高时，由于氢键和π-π堆叠的作用强度和空间需求均不同，造成了彼此之间的竞争，既不容易形成β折叠、也不容易促进π-π堆叠。而此时侧链上极性的多肽片段和非极性的聚噻吩主链与极性溶剂分子的相互作用的不同使得聚合物采取了非极性主链在核心、极性侧链在外围的聚集形式，从而形成了球形或椭球型的自组装结构。
该工作对于采用氢键等分子间较强相互作用来调控导电高分子的聚集态结构和性能具有参考价值。该研究得到了国家自然科学基金、江汉大学启动基金的支持，相关研究成果于近期发表在国际顶级高分子期刊Macromolecules上。
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https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.macromol.9b02739
