我院廖赛虎课题组在光催化聚合上取得重要研究进展
新闻类型:科研之窗  阅读次数:  发布时间:2021-03-23

原子转移自由基聚合(ATRP),自上个世纪90年代首次发现以来,已逐渐发展成为用于合成具有明确结构的聚合物材料的最常用的聚合方法之一,已广泛应用于如涂料、粘合剂、化妆品、喷墨打印等领域。然而,常规的ATRP依赖于过渡金属催化剂[即Cu(I),Ru(II)],最终会导致过渡金属残留在聚合物产品中,不仅会使产品着色,加速老化,而且在特定领域(如生物医学、微电子)的应用会受限。因此,降低金属催化剂的负载量或去除残留金属一直是ATRP领域的一个重要且挑战性的课题。近几年发展起来的有机小分子催化的ATRP(O-ATRP),因无需金属催化剂及试剂的参与,从根本上解决了金属残留的问题。但已报道的有机小分子光催化剂存在催化效率低、适用单体范围窄、聚合控制不理想等问题,制约了其应用。

化学学院有机合成与功能福建省高校重点实验室廖赛虎课题组,在前期的研究基础之上,提出了“多元稠环芳烃掺杂”这一有机小分子光催化剂的设计新思路,并成功开发了氧杂蒽并蒽(ODA)类光催化剂。ODA类催化剂在可见光区具有强吸收,蓝光区摩尔吸光系数(455 nm)可达2.4x104  M–1cm–1,接近为常见的贵金属光催化剂fac-Ir(ppy)3的10倍。同时,氧杂原子的引入,使得这类催化剂具有与ATRP非常匹配的氧化还原能力,最终实现了可见光下ppm催化剂用量的无金属可控的ATRP聚合I*> 80%, Đ <1.20 PMMA标样,Đ <1.08 光散射)。并且,催化剂用量可进一步降低到千万分之一以下,聚合依然可控。该结果代表了目前O-ATRP领域的最高催化效率。此外,采用ODA光催化剂,还实现了丙烯酸丁酯(O-ATRP领域挑战性的单体之一)的高效可控聚合。该聚合体系,易于操作,可靠性高,聚合物具有非常高的链端保真度,能用于双嵌段和多嵌段聚合物的制备。该工作近期发表在Nature Communications上(Nat Commun. 2021, 12, 429).

 

 

 

该工作发表之后, Nature旗下期刊Nature Reviews Chemistry以“Dope new organocatalysts for ATRP”为题对该工作进行了亮点评述,同时被多个高分子及材料领域学术平台转发报道。Nature Reviews Chemistry评述链接:https://www.nature.com/articles/s41570-021-00252-x

该工作得到了国家海外高层次人才计划,北京分子科学国家研究中心,福建省百人计划和福州大学的经费支持。特别感谢Wyatt 姜哲春博士提供的GPC(MALS)测试支持,厦门大学的林志为博士在MALDI-TOF测试中的帮助,以及福州大学孙建军教授和杜兴媛女士在电化学测试上的帮助。

论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41467-020-20645-8

 

 

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