化学学院廖赛虎教授课题组在光催化聚合上取得重要研究进展

发布日期:2021-04-09 信息来源: 本站

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发布日期: 2021-03-29    作者: 化学学院、科技处供稿  

新闻中心讯/近日,福州大学化学学院廖赛虎教授课题组在前期探索和研究基础之上,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。该工作近期发表在Nature Communications上(Nat Commun. 2021, 12, 429)。该结果代表了目前该有机光催化ATRP领域的最高催化效率。该工作成果发表之后, Nature旗下期刊《自然综述•化学》(Nature Reviews Chemistry)以“Dope new organocatalysts for ATRP”(掺杂法构建新型ATRP有机催化剂)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。

该催化剂易于制备,具有很好的应用前景。光催化聚合结合光的调节,还可以实现在时间和空间尺度上对聚合的精准控制。该光催化聚合体系操作简单,可靠性高,聚合物具有高链端保真度,能用于双嵌段和多嵌段聚合物的精准制备。此外,ODA光催化剂还可应用于丙烯酸丁酯(O-ATRP领域挑战性的单体之一),并首次实现了该单体无金属条件的窄分布聚合。

ODA类光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,最终实现了可见光驱动下ppm催化剂用量的无金属高效可控的ATRP聚合。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。

原子转移自由基聚合(ATRP),自上个世纪90年代首次发现以来,已逐渐发展成为当前聚合物材料精准合成的最常用的活性自由基聚合方法,广泛应用于生物医药、化妆品、涂料、粘合剂、喷墨打印、光电子等领域。然而,传统的ATRP依赖于过渡金属催化剂(如Cu,Fe,Ru等),最终会导致过渡金属残留在产品中,这不仅会使产品着色,加速老化,也限制了其在一些重要领域(如生物医学、微电子等)的应用。因此,降低金属催化剂的负载量或去除金属残留一直是ATRP领域的一个重要的挑战性任务。近几年发展起来的有机催化ATRP(O-ATRP),因使用的有机小分子光敏剂为催化剂,无需其它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,可以提供无金属残留更为清洁的聚合物产品。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,制约了其进一步拓展及应用。

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

Nature Reviews Chemistry评述链接:https://www.nature.com/articles/s41570-021-00252-x