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光響應(yīng)聚合物的性質(zhì)在外界光源刺激下能夠快速靈敏地發(fā)生改變，這類材料在光電器件、信息儲(chǔ)存、生物成像和治療等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。然而，合成上的困難使得光響應(yīng)聚合物的研究進(jìn)展受到很大限制。光響應(yīng)聚合物通常由光敏單體聚合而成，這些單體需要精妙的設(shè)計(jì)，種類有限且成本高昂。目前用于合成光響應(yīng)聚合物的方法十分有限，且大多反應(yīng)條件嚴(yán)格。

近日，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)韓磊教授團(tuán)隊(duì)與香港科技大學(xué)唐本忠院士團(tuán)隊(duì)合作，開發(fā)出一種新型聚磺酸酯合成路線，成功制備出系列多功能光響應(yīng)聚磺酸酯。該聚合路線以簡(jiǎn)單易得的磺酸和炔鹵為原料，無需催化劑，在常溫下空氣氛圍中一鍋法高效制備聚磺酸酯，原子利用率為100%，產(chǎn)率高達(dá)94%（圖1）。與傳統(tǒng)的光響應(yīng)聚合物合成方法相比，該方法無需利用光敏單體，反應(yīng)時(shí)間短，操作簡(jiǎn)單而且條件極其溫和。該方法不僅提供了新的光響應(yīng)聚合物合成策略，還豐富了光響應(yīng)聚合物的種類。

圖1. 利用磺酸和炔鹵單體的聚合反應(yīng)原位構(gòu)筑光響應(yīng)聚磺酸酯

在聚合過程中原位生成的磺酸酯基團(tuán)對(duì)白光穩(wěn)定，但對(duì)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產(chǎn)生強(qiáng)酸，同時(shí)發(fā)光波長(zhǎng)明顯藍(lán)移（圖2）。

圖2. (a) 聚磺酸酯P1a/2a光降解過程中的分子量變化; (b) P1a/2a 在紫外光照下產(chǎn)生光酸; (c) P1a/2a降解前后的發(fā)光波長(zhǎng)變化

由于這類聚磺酸酯具有靈敏的光響應(yīng)性、良好的成膜能力和固態(tài)發(fā)光的性質(zhì)，是制備熒光二維或三維圖案的優(yōu)異材料，并在先進(jìn)光電子器件中具有重要潛在應(yīng)用。聚合物薄膜在短時(shí)間紫外光照下發(fā)生光降解，長(zhǎng)時(shí)間紫外光照下被光漂白，因此利用單一聚合物材料便可制備復(fù)雜的雙色熒光二維圖案或者熒光三維圖案，同時(shí)可以調(diào)控聚合物的折光指數(shù)（圖3）。

圖3. 聚磺酸酯P1a/2a在光刻圖案化中的應(yīng)用

利用聚磺酸酯光降解時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)酸的性質(zhì)，這類聚合物材料還可被用于廣譜殺菌（圖4）。此外，由于這些聚磺酸酯重復(fù)單元中含有Br, I等鹵素取代基，可以通過后修飾進(jìn)一步擴(kuò)大光響應(yīng)聚磺酸酯的功能和種類。

圖4. 聚磺酸酯P1a/2a的光降解在廣譜殺菌中的應(yīng)用

這一成果近期以“Catalyst-Free Spontaneous Polymerization with 100% Atom Economy: Facile Synthesis of Photoresponsive Polysulfonates with Multifunctionalities”為題發(fā)表在《JACS Au》上，該文章被選為封面文章（Supplementary Cover）。文章的第一作者為香港科技大學(xué)的博士研究生劉曉琳、胡余冰博士和青島農(nóng)業(yè)大學(xué)的碩士研究生梁欣，通訊作者為青島農(nóng)業(yè)大學(xué)的韓磊教授和香港科技大學(xué)的唐本忠院士、林榮業(yè)教授。

韓磊教授團(tuán)隊(duì)簡(jiǎn)介：青島農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)與藥學(xué)院韓磊教授在學(xué)校、學(xué)院的大力支持下所組建的“生物納米與分子識(shí)別團(tuán)隊(duì)”是一支多學(xué)科交叉、年青且富有活力的科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，教師隊(duì)伍包括教授3名、副教授1名、高級(jí)實(shí)驗(yàn)員1名，均具有博士學(xué)位，其中4人有海外學(xué)習(xí)背景，王修中教授和魯莉華教授分別擔(dān)任應(yīng)用化學(xué)專業(yè)和化學(xué)工程與工藝專業(yè)負(fù)責(zé)人。團(tuán)隊(duì)成員學(xué)科交叉能力強(qiáng)，既有從事納米材料、有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域的科研人員，也有生化傳感、仿生催化、微生物領(lǐng)域的學(xué)術(shù)骨干，能夠承擔(dān)生物納米與分子識(shí)別領(lǐng)域的綜合性研究。目前成果主要發(fā)表在Advanced Functional Materials（影響因子16.826）、Small（影響因子11.459）、Biosensors and Bioelectronics（影響因子10.257）等國(guó)際主流SCI期刊上。

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacsau.0c00100

參考資料

[1] 韓磊教授聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在JACS Au發(fā)表封面文章揭示光響應(yīng)聚磺酸酯的簡(jiǎn)易合成與多功能應(yīng)用http://news.qau.edu.cn/content/xueshu/3657e1508a7d4f868dc9c3f27e224856