復旦大學陳茂團隊：有機光催化「多樣化」可控自由基聚合

拓撲結構是決定聚合物理化性能的重要因素，可對材料應用範圍造成影響。例如，線性聚合物被廣泛用於熱塑性材料，而（超）支化聚合物適用於潤滑劑、藥物遞送等。近年來，隨著前沿領域不斷推進，越來越多的研究成果表明控制聚合物拓撲結構對提高高端材料性能起到了關鍵作用。對此，研發調控準確、操作簡便、適用範圍廣（單體種類、聚合物分子量及其分布）的合成方法尤為重要。

通常，為合成不同拓撲結構的聚合物，人們需要從不同原料組合（單體、引發劑/鏈轉移試劑）出發。例如，在可控自由基聚合中，單體與常見引發劑通常導向線性聚合物。為獲得（超）支化聚合物，人們進而設計發展了由特定引發劑/鏈轉移試劑導向的合成方案。

圖1. 有機光催化劑調控的「多樣化」可控自由基聚合.

最近，復旦大學高分子科學系、聚合物分子工程國家重點實驗室的PolyMao（陳茂）課題組發展了一種有機光催化劑調控的「多樣化」的可控自由基聚合（圖1）。該方法能夠從相同的原料組合出發，對氟聚合物的拓撲結構（線性、（超）支化）進行多樣化定製，聚合物分子量可調、分子量分布窄、鏈末端保真度高。通過後續擴鏈，可製備刷狀、項鍊狀、拖把狀等拓撲結構的氟聚合物（圖2）。

圖2. 通過光催化調控的「多樣化」的可控自由基聚合合成各種拓撲結構的含氟聚合物.

近年來，人們以氟材料作為鋰離子電池中的電解質成分，取得了突破性進展。以本文合成方法為基礎，PolyMao小組發現氟聚合物凝膠電解質提供的鋰離子遷移數明顯高於傳統聚合物電解質（如聚氧化乙烯）（0.63~0.72 vs 0.12，圖3A）。更重要的是作者發現離子電導率（圖3B）隨著支化度升高而增加，室溫離子電導率最高可達到1.04´10-3 S cm-1。

圖3. 電化學性能的研究. A）PEO，線性和支化氟聚合物的鋰離子遷移數（t+）. B）線性和支化氟聚合物的離子電導率（σ）與溫度的關係.

研究者認為「多樣化」可控聚合自由基聚合的優勢包括：1）產物複雜化、路線簡單化；2）可為不同拓撲結構安置「休眠」位點，助於後續豐富聚合物結構；3）可提供化學成分更加相似而拓撲結構不同的產物，助於深入探索結構對性能的影響。

該研究受到國家自然科學基金委項目的支持，發表在《德國應用化學》 (Angew. Chem. Int. Ed., DOI 10.1002/anie.202009475)，作者依次為：趙宇澄，馬明鈺，林欣蓉，陳茂。

來源：復旦大學

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202009475