汤龙程教授团队在Small上报道可室温常压干燥制备宽温域柔性有机硅气凝胶材料

近日，我院汤龙程教授团队在有机硅气凝胶隔热领域取得新进展，相关研究成果以题“Hydrosilylation Adducts to Produce Wide-Temperature Flexible Polysiloxane Aerogel under Ambient Temperature and Pressure Drying”发表于国际知名期刊Small（IF=13.3）上。

得益于微米-纳米尺寸分级孔的连续3D网络结构，气凝胶具有许多优越的性能，例如高比表面积、高孔隙率、低密度和低热导率。而被广泛应用于众多领域，如隔热体、超吸收剂和催化载体。通过烷氧基硅烷在稀溶剂中的溶胶-凝胶聚合，可获得具有高键能Si-O-Si的二氧化硅基气凝胶，该类气凝胶在高温或低温下均表现出超低密度和良好的稳定性，这引起了人们的极大兴趣。到目前为止，在空间有限的情况下，商用二氧化硅气凝胶被广泛用作高效的隔热材料，尤其是用于市场快速增长的建筑和工业隔热材料。然而，现有的硅基气凝胶在设计与制备时面临诸多挑战，如昂贵的干燥工艺（例如，CO₂超临界干燥和冷冻干燥），以及高度交联的二氧化硅网络显示出较差的机械可靠性等问题。这些挑战限制了其大规模化的生产和长期稳定隔热。

近日，我院汤龙程教授团队报道了一种新的常温常压干燥柔性气凝胶干燥技术，通过在以Si-O-Si为主链的大分子上引入可溶胶-凝胶的官能团，以改善硅基气凝胶的脆性粉化问题。硅氢加成反应是有机硅化学中最重要的反应之一，通常在催化剂（铂、铑等）作用下选择性地进行硅氢键与含不饱和键化合物的加成反应。在本研究中，通过硅氢加成技术将含氢硅烷（DMST）接枝在端侧基含乙烯基聚硅氧烷（PDMS-VI1）的分子链段上，形成“瓶刷型”聚硅氧烷大分子（bottle-brush PDMS）。该预聚物在碱性条件下将发生烷氧基团的脱水和缩合反应，而形成类果冻状的湿凝胶，经过常温常压干燥可获得极低密度（~50 mg/cm^-3）且兼具回弹性的有机硅气凝胶。

研究中，硅氢加成产物bottle-brushu PDMS具有一定的双亲性（烷氧基：亲水，Si-O-Si主链、甲基以及乙烯基：亲油），导致单一的稀释剂无法实现其凝胶以及后续的干燥，而共混溶剂策略则可有效解决该问题。实验结果表明，通过调控不同溶剂的比例则能实现不同大小的孔径和不同粗细的气凝胶骨架的形成，这直接影响了气凝胶最终的密度。最佳的溶剂配给则能获得性能以及微-纳米孔隙结构最优异的气凝胶。

与传统硅基气凝胶相比，该文中所得的气凝胶呈现出较好的回弹性。此外，含有较大的Si/C比，该气凝胶的耐高温性能优于当前文献中报道的柔性有机硅气凝胶，且展示出优异的隔热能力。气凝胶骨架表面的疏水基团以及其本身的微-纳米孔隙结构赋予了该气凝胶超疏水特性，使得其在持续的油水分离过程中表现优异。该体系为开发柔性超低密度气凝胶提供了条新的思路，并为未来的热管理和油水分离领域提供了更高效和可控的方案。

该论文第一作者为2020级郭必泛硕士（现于厦门大学攻读博士学位），共同第一作者为2022级硕士生汪叶珺，通讯作者为杭州师范大学汤龙程教授。杭州师范大学为第一单位。该工作得到国家自然科学基金，浙江省科技部重点研发计划等项目的资助与支持。

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202309272