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韩磊教授联合团队在JACS Au发表封面文章揭示光响应聚磺酸酯的简易合成与多功能应用

时间:2021-03-24 电竞竞猜平台化学与药学院

光响应聚合物的性质在外界光源刺激下能够快速灵敏地发生改变,这类材料在光电器件、信息储存、生物成像和治疗等领域有着广阔的应用前景。然而,合成上的困难使得光响应聚合物的研究进展受到很大限制。光响应聚合物通常由光敏单体聚合而成,这些单体需要精妙的设计,种类有限且成本高昂。目前用于合成光响应聚合物的方法十分有限,且大多反应条件严格。

近日,OPE电子竞技韩磊教授团队与香港科技大学唐本忠院士团队合作,开发出一种新型聚磺酸酯合成路线,成功制备出系列多功能光响应聚磺酸酯。该聚合路线以简单易得的磺酸和炔卤为原料,无需催化剂,在常温下空气氛围中一锅法高效制备聚磺酸酯,原子利用率为100%,产率高达94%(图1)。与传统的光响应聚合物合成方法相比,该方法无需利用光敏单体,反应时间短,操作简单而且条件极其温和。该方法不仅提供了新的光响应聚合物合成策略,还丰富了光响应聚合物的种类。

图1. 利用磺酸和炔卤单体的聚合反应原位构筑光响应聚磺酸酯

在聚合过程中原位生成的磺酸酯基团对白光稳定,但对紫外光非常敏感,所得到的聚合物在紫外 (365 nm) 光照下可迅速降解并产生强酸,同时发光波长明显蓝移(图2)。

图2. (a) 聚磺酸酯P1a/2a光降解过程中的分子量变化; (b) P1a/2a 在紫外光照下产生光酸; (c) P1a/2a降解前后的发光波长变化

由于这类聚磺酸酯具有灵敏的光响应性、良好的成膜能力和固态发光的性质,是制备荧光二维或三维图案的优异材料,并在先进光电子器件中具有重要潜在应用。聚合物薄膜在短时间紫外光照下发生光降解,长时间紫外光照下被光漂白,因此利用单一聚合物材料便可制备复杂的双色荧光二维图案或者荧光三维图案,同时可以调控聚合物的折光指数(图3)。

图3. 聚磺酸酯P1a/2a在光刻图案化中的应用

利用聚磺酸酯光降解时产生强酸的性质,这类聚合物材料还可被用于广谱杀菌(图4)。此外,由于这些聚磺酸酯重复单元中含有Br, I等卤素取代基,可以通过后修饰进一步扩大光响应聚磺酸酯的功能和种类。

图4. 聚磺酸酯P1a/2a的光降解在广谱杀菌中的应用

这一成果近期以“Catalyst-Free Spontaneous Polymerization with 100% Atom Economy: Facile Synthesis of Photoresponsive Polysulfonates with Multifunctionalities”为题发表在《JACS Au》上,该文章被选为封面文章(Supplementary Cover)。文章的第一作者为香港科技大学的博士研究生刘晓琳、胡余冰博士和OPE电子竞技的硕士研究生梁欣,通讯作者为OPE电子竞技的韩磊教授和香港科技大学的唐本忠院士、林荣业教授。

韩磊教授团队简介:OPE电子竞技化学与药学院韩磊教授在OPE电子竞技、学院的大力支持下所组建的“生物纳米与分子识别团队”是一支多学科交叉、年青且富有活力的科研创新团队,教师队伍包括教授3名、副教授1名、高级实验员1名,均具有博士学位,其中4人有海外学习背景,王修中教授和鲁莉华教授分别担任应用化学专业和化学工程与工艺专业负责人。团队成员学科交叉能力强,既有从事纳米材料、有机化学领域的科研人员,也有生化传感、仿生催化、微生物领域的学术骨干,能够承担生物纳米与分子识别领域的综合性研究。目前成果主要发表在Advanced Functional Materials(影响因子16.826)、Small(影响因子11.459)、Biosensors and Bioelectronics(影响因子10.257)等国际主流SCI期刊上。

原文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacsau.0c00100

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单位审核人:王进国 编辑:曲天泽 刘华清 刘继磊    阅读:0
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