环氧树脂因高强度、高模量、耐腐蚀和良好工艺适应性，被广泛用于航空航天、风电叶片等先进复合材料领域。随着碳纤维性能持续提升，复合材料对树脂基体的强度、模量、韧性和可回收性提出了更高要求。传统超分子改性策略虽可增强环氧树脂力学性能，但常受限于局部聚集、界面不相容和应力集中，难以实现多项关键力学性能同步提升，同时高度交联的热固性网络通常还面临难降解、难回收的问题。
图1 树脂网络的设计与合成
针对上述问题，团队提出一种“反应型超分子纳米团簇”改性策略（图1）。首先以氯化锌和乙酰胺合成液态配位络合物，利用锌离子路易斯酸配位中心和乙酰胺配体共同促进环氧单体（TDE-85）的开环聚合及酰胺-环氧加成反应，制备出含聚醚链段、金属配位和氢键作用的反应型超分子纳米团簇（SNs，图2a-b）。所得SNs为黄色透明黏稠液体，兼具纳米尺度聚集结构和多重超分子相互作用（图2c-j），为高交联环氧树脂的增强与降解回收提供了结构基础。
图2 超分子纳米团（SNs）的设计、合成与结构表征
进一步将不同含量SNs引入TDE-85/间苯二胺（MPD）高交联环氧体系，制备系列SNs增强环氧树脂。其中，EP-SN-15表现出最佳综合性能：拉伸强度达到134 MPa，拉伸模量达到4.9 GPa，弯曲强度达到230 MPa，弯曲模量达到5.0 GPa，玻璃化转变温度为166°C，断裂韧性也明显提高（图3a-e）。该策略还可拓展至其他环氧单体和固化剂体系，显示出良好的普适性和应用潜力（图3f）。
图3 SNs增强环氧树脂的力学性能与热性能
为阐明增强机制，团队设计了直接引入超分子相互作用的对照样品EP-SN-LCC。结果表明，EP-SN-LCC虽具有更高模量和玻璃化转变温度，但拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度均低于基体EP-SN-0和EP-SN-15，说明单纯引入刚性超分子聚集结构容易造成界面不相容和应力集中（图4a）。相比之下，EP-SN-15中的SNs可在高交联网络内形成更温和的局部增强区域，刚性配位结构有利于提高刚度和载荷传递，而柔性聚醚界面层则缓解应力集中并促进能量耗散，从而实现高强、高模和增韧的协同提升（图4b-j）。
图4 SNs增强环氧树脂的增强机制
基于EP-SN-15的优异性能，将其用于制备碳纤维增强复合材料CFRP-SN-15。结果显示，相比未改性体系，CFRP-SN-15的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量均得到提升（图5a-c）。更重要的是，SNs中内嵌的锌离子可作为原位催化中心，促进树脂网络中酯键水解，使EP-SN-15在170°C水热条件下约6 h完全降解（图5d-e）。降解后可回收得到碳纤维，降解所得低聚物富含羟基和羧基，具有良好水溶性和成膜性，可进一步用作水性碳纤维上浆剂，提升纤维润湿性和界面结合能力（图5f-i）。
图5 SNs增强碳纤维复合材料的力学性能与回收利用
综上，该研究通过构筑反应型超分子纳米团簇，实现了高交联环氧树脂强度、模量、韧性和可回收性的协同提升。该策略为解决高性能热固性环氧树脂“性能提升—可回收性下降”的矛盾提供了新思路，也为先进碳纤维复合材料的绿色制造、降解回收和降解产物高值化利用提供了可行路径。相关研究以“Supramolecular Nanoclusters Enable High-Performance and Recyclable Epoxy Resins”为题发表在《Advanced Materials》上。第一作者为高精尖中心硕士生徐磊，通讯作者为中国石化（上海）石油化工研究院有限公司唐建华研究员、中国航空制造技术研究院张宝艳研究员与高精尖中心胡君教授。该研究工作得到了北京市自然科学基金-小米创新联合基金和中央高校基本科研业务费的资助，感谢所有合作者对该研究工作的贡献。
文章信息：LeiXu, Zihan Zhao, Zhaohua He, Ousheng Zhang, Jianhua Tang,* Baoyan Zhang,* Jigang Yang, Jun Hu.* Supramolecular nanoclusters enable high-performance and recyclable epoxy resins.Adv. Mater.2026, e74132.
原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.74132
供稿：胡君课题组
编辑：何志冬
初审：张瑾
再审：殷雄
