郑大：超快可见光诱导原子转移自由基聚合及其在3D打印中的应用

来源：郑州大学


在国家自然科学基金项目资助下， 郑州大学庞新厂教授研究团队 在可控/“活性”自由基聚合方法及应用方面取得新进展。 相关工作以“ 基于碳量子点催化的超快可见光诱导水相ATRP及其在3D打印中的应用”为题，于近日在《美国化学会志》杂志在线发表。 材料科学与工程学院2019级硕士生乔梁为文章的第一作者，2020级博士生周梦杰为共同第一作者 。

ATRP技术已被证明是一种优异的聚合物凝胶制备方法，能够得到比传统聚合方法更均一的聚合物网络。然而，传统的ATRP聚合速度慢并且耐氧性差，限制了其在增材制造（3D打印）领域的应用。 该团队首次将碳量子点（CQDs）引入到水相ATRP中，开发了一种超快可见光诱导聚合体系。优化后的聚合反应在数分钟的可见光照射下即可获得很高的单体转化率(>90%)，且聚合物的多分散度（PDI）低于1.25。由于CQDs的作用，聚合体系表现出优异的耐氧特性，使其能够适用于数字光处理（DLP）3D打印，打印出的物体具有良好的尺寸精度。此外，CQDs优异而稳定的光学性能也为打印制品提供了有趣的光致发光能力 （图1）。该项研究工作从绿色化学的角度出发， 将CQDs引入到水相photo-ATRP体系，通过可见/自然光照射制备具有明确结构的聚合物，并且这种ATRP介导的3D打印过程将为制备功能性和刺激响应性水凝胶提供一个新方法 。

△图 1. 碳量子点（CQDs）催化的超快速水相光诱导原子转移自由基聚合（ATRP）及其在增材制造(3D打印)领域的应用。

针对传统可控/“活性”自由基聚合方法及应用的局限性（例如反应温度高、金属催化剂难以去除、聚合效率低等），课题组近年来发展了一系列新型可控/“活性”自由基室温聚合体系（ATRP、RAFT、NMP等），优化了复杂结构共聚物的合成条件，提高了功能聚合物的合成效率，为复杂结构功能聚合物以及功能材料的精确设计与可控制备提供了更为方便的合成手段。