在國家自然科學基金項目（批准號：51973201, U1804128，52173209，22105179）資助下，鄭州大學龐新廠教授研究團隊在可控/「活性」自由基聚合方法及應用方面取得新進展。相關工作以「基於碳量子點催化的超快可見光誘導水相ATRP及其在3D打印中的應用(Ultrafast Visible-Light-Induced ATRP in Aqueous Media with Carbon Quantum Dots as the Catalyst and Its Application for 3D Printing)」為題，於近日在《美國化學會志》(Journal of the American Chemical Society)雜誌在線發表。材料科學與工程學院2019級碩士生喬梁為文章的第一作者，2020級博士生周夢傑為共同第一作者。
ATRP技術已被證明是一種優異的聚合物凝膠製備方法，能夠得到比傳統聚合方法更均一的聚合物網絡。然而，傳統的ATRP聚合速度慢並且耐氧性差，限制了其在增材製造（3D打印）領域的應用。該團隊首次將碳量子點（CQDs）引入到水相ATRP中，開發了一種超快可見光誘導聚合體系。優化後的聚合反應在數分鐘的可見光照射下即可獲得很高的單體轉化率(>90%)，且聚合物的多分散度（PDI）低於1.25。由於CQDs的作用，聚合體系表現出優異的耐氧特性，使其能夠適用於數字光處理（DLP）3D打印，打印出的物體具有良好的尺寸精度。此外，CQDs優異而穩定的光學性能也為打印製品提供了有趣的光致發光能力（圖1）。該項研究工作從綠色化學的角度出發，將CQDs引入到水相photo-ATRP體系，通過可見/自然光照射製備具有明確結構的聚合物，並且這種ATRP介導的3D打印過程將為製備功能性和刺激響應性水凝膠提供一個新方法。
圖 1. 碳量子點（CQDs）催化的超快速水相光誘導原子轉移自由基聚合（ATRP）及其在增材製造(3D打印)領域的應用。
針對傳統可控/「活性」自由基聚合方法及應用的局限性（例如反應溫度高、金屬催化劑難以去除、聚合效率低等），課題組近年來發展了一系列新型可控/「活性」自由基室溫聚合體系（ATRP、RAFT、NMP等），優化了複雜結構共聚物的合成條件，提高了功能聚合物的合成效率，為複雜結構功能聚合物以及功能材料的精確設計與可控制備提供了更為方便的合成手段。（ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 21555; Polymer, 2022, 252, 124949; Polym. Chem. 2022, 13, 1022; Chem. Mater. 2021, 33, 5067; J. Phys. Chem. Lett. 2021, 12, 3456; Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 7259; Chem. Commun. 2021, 57, 1250; ACS Appl. Nano Mater. 2021, 4, 6075; Langmuir 2021, 37, 10461; ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 37, 39806; Polym. Chem. 2021, 12, 2439; Polym. Chem. 2021, 12, 3060; Polym. Chem., 2021, 12, 7010; Polym. Chem. 2021, 12, 545; Polym. Chem. 2021, 12, 526; Langmuir 2020, 36, 6690; ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 42161; Polym. Chem. 2020, 11, 4961; Macromolecules 2020, 53, 4678; Eur. Polym. J. 2020, 126, 109557）
來源：鄭州大學
論文鏈接：
https://doi.org/10.1021/jacs.2c02303
