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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，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)條件嚴格。

近日，青島農(nóng)業(yè)大學韓磊教授團隊與香港科技大學唐本忠院士團隊合作，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)時間短，操作簡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對白光穩(wěn)定，但對紫外光非常敏感，所得到的聚合物在紫外 (365 nm) 光照下可迅速降解并產(chǎn)生強酸，同時發(fā)光波長明顯藍移（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，并在先進光電子器件中具有重要潛在應(yīng)用。聚合物薄膜在短時間紫外光照下發(fā)生光降解，長時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雜的雙色熒光二維圖案或者熒光三維圖案，同時可以調(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產(chǎn)生強酸的性質(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單元中含有Br, I等鹵素取代基，可以通過后修飾進一步擴大光響應(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的博士研究生劉曉琳、胡余冰博士和青島農(nóng)業(yè)大學的碩士研究生梁欣，通訊作者為青島農(nóng)業(yè)大學的韓磊教授和香港科技大學的唐本忠院士、林榮業(yè)教授。

韓磊教授團隊簡介：青島農(nóng)業(yè)大學化學與藥學院韓磊教授在學校、學院的大力支持下所組建的“生物納米與分子識別團隊”是一支多學科交叉、年青且富有活力的科研創(chuàng)新團隊，教師隊伍包括教授3名、副教授1名、高級實驗員1名，均具有博士學位，其中4人有海外學習背景，王修中教授和魯莉華教授分別擔任應(yīng)用化學專業(yè)和化學工程與工藝專業(yè)負責人。團隊成員學科交叉能力強，既有從事納米材料、有機化學領(lǐng)域的科研人員，也有生化傳感、仿生催化、微生物領(lǐng)域的學術(shù)骨干，能夠承擔生物納米與分子識別領(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)合團隊在JACS Au發(fā)表封面文章揭示光響應(yīng)聚磺酸酯的簡易合成與多功能應(yīng)用http://news.qau.edu.cn/content/xueshu/3657e1508a7d4f868dc9c3f27e224856