Recently, covalent organic frameworks (COFs) have been extensively studied due to their abundant active sites for functionalization and the derived various applications. Herein, we prepared poly(ionic liquid) functionalized COFs via mechanochemical reaction to bond with initiator and the following surface-initiated polymerization. Firstly, the initiator 2-bromo-2-methylpropionyl bromide bonded with the hydroxyl group of DT-COF through ball milling driven mechanochemical reaction, then the ionic liquid monomer (IL-Cl) can grow on COF skeleton from the active sites of initiator via surface-initiated atom transfer radical polymerization (SI-ATRP) to obtain the poly(ionic liquid) functionalized COF (PIL-Cl@DT-COF). The as-prepared PIL-Cl@DT-COF as well as the PIL-PF6@DT-COF sample after anion exchange with PF6− served as oil-based lubricant additives, significantly reducing the friction coefficient and wear volume of base oil PAO10, especially PIL-PF6@DT-COF can reduce the average friction coefficient from 0.169 to 0.094 and decrease the wear volume by 82.9 %. The outstanding tribological properties mainly benefited from the tough protective tribo-film, which was built via tribological reaction on the friction interface, containing the absorbed PIL-PF6@DT-COF, ferric oxides and anti-wear F, P compounds.

The dispersion stability of nanomaterials in lubricants significantly influences tribological performance, yet their addition as lubricant additives often presents challenges in secondary dispersion. Here, we present a straightforward method for in situ preparation of N,S-codoped CDs (N,S-CDs)-based lubricants using heterocyclic aromatic hydrocarbons containing N/S elements in poly(ethylene glycol) (PEG) base oil by a directional ultrasound strategy. Two types of N,S-CDs were successfully prepared via the directional ultrasound treatment of PEG with benzothiazole (BTA) and benzothiadiazole (BTH) separately. The resultant N,S-CDs have a uniform distribution of N and S elements and maintain good colloidal dispersion stability in PEG even after 9 months of storage. The N,S-CDs can enter the surface gap of the friction pairs and then induce a tribochemical reaction. Benefiting from the synergistic effect of N and S activating elements, a robust and stable protective film consisting of iron sulfides, iron oxides, carbon nitrides, and amorphous carbonaceous compounds is formed, thus endowing N,S-CDs-based lubricants with improved antiwear and friction-reducing performance. Compared with pure PEG, the coefficient of friction (COF) of the N,S-CDs(BTH)-based lubricant decreased to 0.108 from 0.292, accompanied by a 91.2% reduction in wear volume, and the maximum load carrying capacity increased to 450 from 150 N.

Herein, garlic oil-functionalized onion-like carbon (OLC) nanoparticles were successfully prepared through a multistep process involving the carbonization of candle ash followed by surface modification. Initially, the OLC was prepared by heat-treating candle ash under 450 °C and then grafting polyethylenimine (PEI) using epigallocatechin gallate (EGCG) as a cross-linking agent. Subsequently, garlic oil was grafted onto PEI@OLC via the aza-Michael reaction with PEI, thereby obtaining garlic oil-functionalized OLC nanoparticles (GO@OLC). The GO@OLC exhibited enhanced lubrication properties as a lube additive, with a low coefficient of friction (COF) of 0.11 and a significant reduction of 76.57% in wear volume. The enhanced lubrication performance is credited to the rolling effect and surface repairing effect of the OLC nanoparticles as well as the formation of a complex protective layer by GO@OLC-induced tribochemical reactions.

Hydrogels are ideal for antifouling materials due to their high hydrophilicity and low adhesion properties. Herein, poly(ionic liquid) hydrogels integrated with zwitterionic copolymer-functionalized gallium-based liquid metal (PMPC-GLM) microgels were successfully prepared by a one-pot reaction. Poly(ionic liquid) hydrogels (IL-Gel) were obtained by chemical cross-linking the copolymer of ionic liquid, acrylic acid, and acrylamide, and the introduction of ionic liquid (IL) significantly increased the cross-linking density; this approach consequently enhanced the mechanical and antiswelling properties of the hydrogels. The swelling ratio of IL-Gel decreased eight times compared to the original hydrogels. PMPC-GLM microgels were prepared through grafting the zwitterionic polymer PMPC onto the GLM nanodroplet surface, which exhibited efficient antifouling performance attributed to the bactericidal effect of Ga3+ and the antibacterial effect of the zwitterionic polymer layer PMPC. Based on the synergistic effect of PMPC-GLM microgels and IL, the composite hydrogels PMPC-GLM@IL-Gel not only exhibited excellent mechanical and antiswelling properties but also showed outstanding antibacterial and antifouling properties. Consequently, PMPC-GLM@IL-Gel hydrogels achieved inhibition rates of over 90% against bacteria and more than 85% against microalgae.

Supramolecular Oleogel lubricants provide a versatile and reliable strategy for optimizing the long-term dispersion stability of nanoadditives in the base oils. In this work, GLM-based ionic gelators constructing supramolecular oleogels were prepared by adding ultrasonically treated gallium-based liquid metal (GLM) nanodroplets carrying free radicals and vinyl-containing ionic liquids (ILs) directly to a free radical polymerization system of polymer gelators. The electrostatic interactions between the ionic liquids and GLM nanodroplets enhanced the cross-linking degree of supramolecular gels and formed denser self-assembled structures. The as-prepared GLM-based ionic oleogels as thermoreversible gels exhibit exceptional thixotropic properties. Compared to the base oil PAO10, the coefficient of friction (COF) for both GLM@IGel-1 and GLM@IGel-2 decreased significantly from 0.192 to 0.097, while the wear volume dropped from 100.10 × 104 μm3 to 13.28 × 104 μm3 for GLM@IGel-1, and to 9.69 × 104 μm3 for GLM@IGel-2. In addition, GLM@IGel-2 demonstrates a higher load-bearing capacity of 550 N due to further chemical cross-linking by ionic liquids. The outstanding lubrication performance of GLM-based ionic oleogels is achieved by the synergy of GLM nanodroplets and gel lubricants, promoting the formation of a stable tribo-chemical reaction film.