课题基金 / 基金详情

光调控聚合中RAFT试剂的理性设计研究

批准号:
22101155
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
武晨宇
依托单位:
学科分类:
高分子合成
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
武晨宇

项目摘要

结项摘要

相似基金

相关文献

中文摘要
传统自由基聚合方法难以调控聚合物分子量及其分布情况,限制了合成聚合物材料的高性能化。PET-RAFT聚合(光诱导电子转移-可逆加成断裂链转移聚合)通过可逆的链终止和RAFT链转移机理实现可控聚合,且在光调控下具有耐氧、快速光响应和时序/空间控制的特点。然而,目前PET-RAFT聚合采用的RAFT链转移剂(RAFT试剂)基本上均从传统RAFT试剂筛选而来,未针对光调控聚合优化,性能缺陷或局限较多。本项目结合理论计算和实验手段,在深入探究PET-RAFT聚合链引发和链转移机理的基础上,进一步综合利用波函数分析方法构建了RAFT试剂和PET-RAFT聚合之间的“结构-性质-表现”关系,从而可指导RAFT试剂修饰改性。基于光调控聚合对光源可穿透性的需求,申请人拟在“结构-性质-表现”关系的指导下对RAFT试剂进行修饰改性,使其适用于近红外光PET-RAFT聚合。
英文摘要
Conventional radical polymerization is the most used technique in polymer production. However, it lacks control over molecular weight distribution of polymers, which limits further enhancement of mechanical properties of polymers. By implementing reversible deactivation, reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) and photoinduced electron transfer (PET) mechanisms, PET-RAFT polymerization is endowed with oxygen tolerance, rapid light-response and precise temporal/spatial control. However, at this stage, the only RAFT agents implemented in PET-RAFT polymerization stem from traditional RAFT polymerization systems and are thus not fully optimized for photo-controlled systems. This project aims to perform mechanistic studies on the photoinitiation and the RAFT chain transfer processes by combined use of computational and experimental protocols. On top of that, this project will establish and verify “structure-property-performance” relationships for RAFT agents in PET-RAFT polymerization, in order to enable rational design of RAFT agents. Finally, to meet the need for promoting light penetration in photo-controlled polymerization, this project will tailor properties of the RAFT agent by rational ligand modification and thereby receive a new RAFT agent capable of controlling rapid near-infrared light PET-RAFT polymerization.
2012年至本项目启动前的十年间,虽然在可见光调控的自由基聚合中涌现了上百例光催化剂,但这一系列迭代并未带来预期中聚合整体表现的根本性提升。以PET-RAFT聚合为例,自2015年发现ZnTPP光催化剂以来,其在催化效率、耐氧性和适用性等方面始终处于领先地位,后续诸多基于计算机辅助设计以及更多种类的催化剂也未能显著撼动其优势。本项目基于这一背景,将分子设计的重点转向RAFT试剂。以往PET-RAFT聚合的RAFT试剂基本均由传统热引发RAFT聚合继承而来,尚未进行充分优化。因此,本项目从理论与计算出发,研发新型RAFT试剂,从而实现高度可控且高效的PET-RAFT聚合。.首先,本项目针对可见光调控下对PET-RAFT聚合的高效与可控需求,系统研究了光催化剂与RAFT试剂在电子转移及聚合机理过程中的关键作用。通过理论计算与实验验证,建立了RAFT试剂“结构-性质-表现”关系,为后续分子设计奠定了坚实基础。在此框架指导下,对光催化剂与RAFT试剂进行协同优化后,成功将PET-RAFT聚合的表观聚合速率提升至原有最优体系的3.08倍,并通过取代基修饰策略将吸收波长红移约55 nm,确保在深红光区依然能够保持高效聚合。本项目的一系列研究成果不仅在理论层面阐明了光催化剂与RAFT试剂协同设计对于提升聚合效率与控制性能的重要意义,而且通过一系列实验结果证实了新体系在多种聚合体系中的广泛适用性。.进一步地,基于对光催化剂与引发剂结合能关键性作用的理解,项目组提出了无催化剂光控RAFT聚合的新思路,并基于吲唑基新型RAFT试剂,将光固化效率提升了一个数量级以上。.综上所述,本项目在PET-RAFT聚合机理、分子设计策略与实验验证方面取得了重要突破,为光控聚合在更宽波段范围内的高效应用及高性能聚合物材料的研发奠定了坚实的依据。
国内基金
海外基金