鄭大：超快可見光誘導原子轉(zhuǎn)移自由基聚合及其在3D打印中的應用

來源：鄭州大學


在國家自然科學基金項目資助下， 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(guān)工作以“ 基于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”為題，于近日在《美國化學會志》雜志在線發(fā)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級博士生周夢杰為共同第一作者 。

ATRP技術(shù)已被證明是一種優(yōu)異的聚合物凝膠制備方法，能夠得到比傳統(tǒng)聚合方法更均一的聚合物網(wǎng)絡。然而，傳統(tǒng)的ATRP聚合速度慢并且耐氧性差，限制了其在增材制造（3D打�。╊I(lǐng)域的應用。 該團隊首次將碳量子點（CQDs）引入到水相ATRP中，開發(fā)了一種超快可見光誘導聚合體系。優(yōu)化后的聚合反應在數(shù)分鐘的可見光照射下即可獲得很高的單體轉(zhuǎn)化率(>90%)，且聚合物的多分散度（PDI）低于1.25。由于CQDs的作用，聚合體系表現(xiàn)出優(yōu)異的耐氧特性，使其能夠適用于數(shù)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(yōu)異而穩(wěn)定的光學性能也為打印制品提供了有趣的光致發(fā)光能力 （圖1）。該項研究工作從綠色化學的角度出發(fā)， 將CQDs引入到水相photo-ATRP體系，通過可見/自然光照射制備具有明確結(jié)構(gòu)的聚合物，并且這種ATRP介導的3D打印過程將為制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(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP）及其在增材制造(3D打印)領(lǐng)域的應用。

針對傳統(tǒng)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(fā)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(yōu)化了復雜結(jié)構(gòu)共聚物的合成條件，提高了功能聚合物的合成效率，為復雜結(jié)構(gòu)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。