静电纺丝法制备超分子环糊精 - 富勒烯非织造布

小分子的直接静电纺丝具有制造新类型纤维材料的巨大潜力，因为该方法通过众多分子组合实现了各种功能材料的产生。在本文中，我们展示了通过静电纺丝制备由环糊精（CD） - 富勒烯包合物组成的超分子纤维材料的概念验证。类似于溶液中富勒烯的分子状态，所得纤维包括分子分散的富勒烯。我们相信这样的概念可以扩展到不同的主客体复合体，开辟超分子固体材料科学和工程。

关键词： 环糊精; 静电; 富勒烯; 纳米纤维; 超分子复合物

纤维是一种基本材料，构成了各种日常用品，并支持生命的维持[1-3]。在材料科学和工程领域，生产纤维的基本方法是聚合物纺丝。聚合物溶液或熔体通常用于纺丝过程，因为它们的聚合物分子间/分子内相互作用和链缠结被认为在纤维形成过程中有效地起作用[4,5]。2006年，Long等人。报道了一种通过静电纺丝生产纤维的独特创新方法[6]。他们关注表面活性剂分子的结合行为作为溶液浓度的函数，并证明非水介质中的磷脂（卵磷脂）可通过静电纺丝组装成纤维/非织造织物。该结果支持这样的观点，即即使具有相对弱的分子间/分子内相互作用的小分子（低分子量化合物）也可以与聚合物的情况类似地纺丝。从那以后，包括双子表面活性剂[7]，二苯丙氨酸[8]，环糊精（CD）/ CD衍生物[9-12]，异位单体[13]和自组装寡肽[14]在内的几种小分子已成功电纺。生产连续纤维。

在这些分子中，CD是一种独特的化合物，尽管其在溶液中具有较低的自组装特征，但仍能形成纤维[15]。我们最近报道1,1,1,3,3,3-六氟异丙醇（HFIP）是CD的合适溶剂，CD / HFIP溶液可以在约12.5 w / v的相对低浓度下容易地电纺成纤维。 ％[11]，这与一般聚合物静电纺丝的浓度相当。除了纺制小分子的学术潜力外，它还可以开辟新的工业应用。然而，由小分子组成的纤维材料的官能化仍然是一项具有挑战性的任务。使这种纤维官能化的合理方法是在CD静电纺丝中使用主客体包合复合物。迄今为止，Uyar和Celebioglu报道了两种不同的包合物的静电纺丝：羟丙基-β-CD（HP-β-CD） - 三聚糖[16]和HP-β-CD-偶氮苯包合物[17]。虽然这种配合物有望作为纤维官能化的方法，但范围仅限于具有1：1包合配合物和化学修饰的CD的情况。

富勒烯在化学和材料科学领域得到了广泛的研究，因为它们具有吸引人的化学结构和良好的电子受体能力，可用于自由基清除剂和太阳能电池应用[18-20]。富勒烯的实际应用的一个严重问题是在大多数溶剂中溶解性差。已经通过用表面活性剂或主体分子涂覆表面并直接将官能团引入分子中证明了各种改善溶解度的方法。其中，γ-CD和C 60的2：1包合物的形成已在各种溶剂中进行了评价，如水[21]，甲苯/水[22]，DMSO [23]和DMF /水[24]。 ]。尽管有一篇令人印象深刻的报道，即水中2：1的配合物可用作环境条件下氮还原的均相催化剂，但该配合物在水中的浓度非常低[25]。因此，通过静电纺丝开发γ-CD-C 60非织造织物可用作含有更多C 60的新型非均匀固体催化剂。

在本文中，我们报道了天然CD-富勒烯包合物在HFIP溶液中的成功静电纺丝，以生产新型超分子纤维材料。与以前的技术相比，我们的系统的优势[10]是只需要12.5-20 w / v％CD / HFIP溶液。由于CD / HFIP溶液的粘度低得多，这实现了容易处理与客体分子的包合络合以及静电纺丝。2：1包合物的形成不应影响溶液性质（例如，粘度和溶解度），但应提供类似于没有客体的情况的静电纺丝参数，因为客体分子通过两个γ-CD与溶剂分子分离。分子。这与γ-CD未覆盖的客体分子部分形成对比，γ-CD在1：1包合复合物的情况下可与溶剂分子相互作用。此外，通过γ-CD分离富勒烯促使我们制造具有分子分散的富勒烯的CD-富勒烯包合物纤维材料（图1））。

图1： 通过直接CD静电纺丝制备具有分子分散的富勒烯的主客体超分子纤维的示意图。在该研究中，β-CD或γ-CD用作宿主，C 60或C 70用作客体。