福州大學廖賽虎Nat. Commun. ：陽光下實現微量光催化劑的有機催化原子轉移自由基聚合

【引言】

傳統的原子轉移自由基聚合(ATRP)依賴過渡金屬催化劑，這將導致最終產物的過渡金屬污染。因此，自ATRP的首次發現以來，人們一直致力于降低催化劑負載或殘留金屬的去除。最近出現的使用有機光氧化還原催化劑的有機催化原子轉移自由基聚合(O-ATRP)無疑是解決這一挑戰性問題的理想方案。因此，在O-ATRP中，開發高效率和低負載的光催化劑已成為近年來廣泛研究的焦點。然而，O-ATRP的許多機理至今仍不清楚，且催化劑的設計還缺乏一般的指導性原則。

【成果簡介】

近日，福州大學廖賽虎（通訊作者）等人在期刊Nat. Commun. 報道了基于多環芳烴的雜原子摻雜的催化劑設計方案，發現了氧摻雜蒽嵌蒽(ODA)可作為用于O-ATRP的高效的有機光氧化還原催化劑。ODA與熟知的有機催化劑相比，具有顯著的可見光吸收和高摩爾消光系數（ε_455nm高達23,950 M^–1 cm^–1），允許在日光下以低負載的催化劑實現可控聚合。

【圖文導讀】

圖1.O-ATRP的催化劑的發展

a 通過核心骨架改性開發催化劑

b 基于雜原子摻雜的O-ATRP的光催化劑設計（這項工作）

c O-ATRP的催化循環機理

d 陽光下的聚合反應和產物顏色（PMMA）

圖2.光催化劑的合成和表征

a ODA5a–d的合成

b 紫外-可見光吸收曲線

c 5a和5d的SOMO軌道和三重激發態的還原能力

d 光催化劑5a–5d的表征數據

圖3. ODA 5d催化的MMA的O-ATRP的時序控制和動力學研究

a? 開-關燈實驗和單體轉化率與時間的關系曲線

b? 無金屬催化ATRP的動力學曲線

c? ?持續光照下的MMA的聚合反應的M_n和?與單體轉化率的關系曲線

d? (c)中每種聚合物的GPC曲線

圖4.嵌段共聚物的制備

a 由PMMA大分子引發劑（黑）制備PMMA-b-PMMA（綠）、PMMA-b-PBnMA（紅）和PMMA-b-PBA（藍）

b 對應的PMMA、PMMA-b-PMMA、PMMA-b-PBnMA和PMMA-b-PBA的GPC曲線

文獻鏈接：Metal-free atom transfer radical polymerization with ppm catalyst loading under sunlight（Nat Commun，2021，DOI：10.1038/s41467-020-20645-8）

本文由kv1004供稿。