光響應聚合物的性質(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域有著廣闊的應用前景。然而，合成上的困難使得光響應聚合物的研究進展受到很大限制。光響應聚合物通常由光敏單體聚合而成，這些單體需要精妙的設計，種類有限且成本高昂。目前用于合成光響應聚合物的方法也十分有限，且大多反應條件嚴格。
近日，香港科技大學唐本忠院士團隊與青島農(nóng)業(yè)大學韓磊教授團隊合作，開發(fā)出一種新型聚磺酸酯合成路線，成功制備出一系列多功能光響應聚磺酸酯。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)的光響應聚合物合成方法相比，該方法無需利用光敏單體，反應時間短，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聚合物合成策略，還豐富了光響應聚合物的種類。
圖1. 利用磺酸和炔鹵單體的聚合反應原位構筑光響應聚磺酸酯
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性、良好的成膜能力和固態(tài)發(fā)光的性質(zhì)，他們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，他們可以通過后修飾進一步擴大光響應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用
圖5. 論文內(nèi)頁封面圖
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，通訊作者為香港科技大學的唐本忠院士、林榮業(yè)教授和青島農(nóng)業(yè)大學的韓磊教授。
文章作者：Xiaolin Liu,# Xin Liang,# Yubing Hu,# Lei Han,* Qing Qu, Dongming Liu, Jing Guo, Zebing Zeng, Haotian Bai, Ryan T. K. Kwok, Anjun Qin, Jacky W. Y. Lam,* and Ben Zhong Tang*
文章題目：Catalyst-Free Spontaneous Polymerization with 100% Atom Economy: Facile Synthesis of Photoresponsive Polysulfonates with Multifunctionalities
全文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacsau.0c00100
