一种有别于传统光诱导聚合的方法实现聚丙烯酰胺的无杂端基制备

在高分子光化学领域，中国科学技术大学张国庆教授和合作博士后黄文环发展了一种以廉价、可大量工业制备的酰亚胺类化合物为光催化剂，在365-nm LED光照下高效合成无杂端基聚丙烯酰胺的方法，并对光诱导聚合机理及聚合体系的性质进行了详细研究，同时还展示该方法在软物质光刻方面的初步应用。

光诱导反应一直是人工光合作用、太阳能电池、有机合成方法学、可控高分子聚合等领域的研究重点。相对于传统的热引发聚合，光诱导的高分子聚合反应条件更加温和、速度更快，在时间与空间上的可控性更好。然而，大多数光诱导聚合体系往往采用一些光化学惰性分子作为敏化剂和引发剂，这些分子不可避免地作为端基共价结合到聚合物中，对其机械性能、生物相容性和环境毒性等相关特性产生了不可控的影响。该论文提出了一种有别于传统光诱导聚合的方法，实现了聚丙烯酰胺（PDMA）的无杂端基制备（图1），获得了相对于传统方法的组分“纯净”高分子，为后续探究这种“纯净”高分子的特性，以及引发剂作为端基共价接到聚合物对其性能的影响提供了条件。

图1.聚合示意图(a)传统聚合：将引发剂作为一个末端基团 （b）光诱导N,N-二甲基丙烯酰胺(DMA)聚合：以工业单体二甲基丙烯酰胺DMA本身作为引发单元

研究团队对光诱导聚合体系（萘酰亚胺分子与DMA单体）光处理前后的荧光光谱变化、核磁信号变化等进行了表征，发现该聚合体系在光照两分钟之内转化率接近100%，聚合过程具有光可控性，并且萘酰亚胺分子并未共价结合到聚合物上。

图2.聚合体系的性质及聚合机理示意图

研究团队除了对这一体系的聚合机理进行探讨（图2）、聚合物TGA，DSC等性质进行研究之外，还展示了这一体系在软物质光刻方面的初步应用（图3）。目前团队已经可以利用波长更长的紫光和更多的工业单体进行无杂端基聚合反应，有望未来几年实现产业化应用。

图3.光刻示意图及光刻体系的光谱性质

中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心张国庆教授和陈彪特任副研究员为该论文的通讯作者；博士后黄文环为该论文的第一作者。该工作得到了国家自然科学基金、中国科学技术大学量子科技创新计划、中国科学技术大学重要方向项目培育基金等项目的资助。相关成果分别以“Organic Photocatalyzed Polyacrylamide without Heterogeneous End Groups: A Mechanistic Study”为题发表在ACS Catalysis上（DOI：10.1021/acscatal.2c05972）。

来源：中科大

文章链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.2c05972