Fuel‐Driven π‐Conjugated Superstructures to Form Transient Conductive Hydrogels

自愈水凝胶 共轭体系 导电体 瞬态(计算机编程) 材料科学 纳米技术 复合材料 高分子化学 聚合物 计算机科学 操作系统
作者
Ifigeneia Tsironi,Jarek A. Maleszka,Brigitte A. K. Kriebish,Robert S. Wilson‐Kovacs,Orlando Acevedo,Shamus L O'Leary,John Watt,Job Boekhoven,J. Olivier
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (5): e202417109-e202417109 被引量:6
标识
DOI:10.1002/anie.202417109
摘要

Despite advances in creating dissipative materials with transient properties, such as hydrogels and active droplets, their application remains confined to temporal changes in structural properties. Developing out-of-equilibrium materials whose electronic functions are parameterized by a chemical reaction cycle is challenging. Yet, this class of materials is required to construct biomimetic materials. In contrast to traditional chemical reaction cycles that exploit molecularly dissolved building blocks at thermodynamic equilibrium, we show that fiber structures derived from reactive naphthalene diimide (NDI) building blocks can be used as resting states to form far-from-equilibrium conductive hydrogels after the addition of chemical fuels. Upon fueling the NDI-derived fibers, a dual-component activation and deactivation pathway is deduced by kinetic analysis and is absent when using a molecularly dissolved resting state. Investigating the solid-state morphologies of the structures formed throughout the fuel-driven reaction cycle using cryo-EM reveals that the resting thermodynamic fibers evolve to transient thicker fibrils and layered superstructures. We show that the transient redox-active hydrogels exhibit a nearly threefold increase in electrical conductivity upon fuel consumption before reverting to their original value over hours. These far-from-equilibrium materials are potential candidates in applications such as programmable biorobotics and chemical computing.
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