物质学院林柏霖课题组最新研究成果入选ACS Editors'Choice
文章来源:物质科学与技术学院/科技发展处            发布日期:2017-12-08            浏览次数:4951

近日,我校物质学院林柏霖教授课题组在以二氧化碳和烯烃为原料制备高分子材料方面取得了重要突破。该研究提供了一种简单廉价、便捷可行的合成方法,以二氧化碳这一温室气体为可再生碳的来源,与烯烃结合,实现了可功能化高分子材料高效制备,为二氧化碳和烯烃制高分子材料的潜在工业化应用解决了一个关键性问题,并为降低二氧化碳的排放提供了新的策略。日前,该项成果以“Highly Efficient Synthesis of Functionalizable Polymers from a CO2/1,3-Butadiene-Derived Lactone”为题,在高分子领域知名期刊《ACS Macro Letters》上在线发表。该研究引起了广泛的关注,并入选为ACS Editors'Choice文章进行亮点报道,同时在美国化学学会网站头条新闻展示。此外,本论文的部分工作在今年7月召开的第十五届国际二氧化碳利用大会和10月召开的2017年全国高分子学术论文报告会中,两次荣获大会优秀墙报奖。该论文中,物质学院2015级博士研究生刘慕华为第一作者,物质学院2015级本科生孙运彦、2015级硕士研究生梁原绮分别为第二和第三作者,林柏霖教授为通讯作者,上科大为第一完成单位。

以石油为碳原料的有机高分子材料是现代国民经济的重要物质基础之一,其中六大合成有机高分子材料中有五个都是通过生成C-C键的烯烃聚合得到的。开发可持续性的替代原料是当前有机高分子产业的最大挑战之一。二氧化碳是一种来源丰富、廉价、可再生及无毒的碳资源,实现以二氧化碳为一种主要原料的高分子材料制备,尤其是二氧化碳与烯烃的共聚,是高分子化学领域长期以来孜孜以求的终极梦想之一。1,3-丁二烯是橡胶工业的重要原料,不仅是工业石油裂解中一种重要产品,还可以从12种生物质平台分子之一的丁二酸衍生而得,是一种廉价易得且潜在可再生的重要烯烃。因此,结合二氧化碳与1,3-丁二烯制备高分子对有机高分子产业的可持续性发展有着重大意义,具有大规模工业化的广阔前景。由于1,3-丁二烯是具有较高活性的烯烃,可以高效地与二氧化碳通过C-C键偶联生成一个内酯化合物,通过该化合物的聚合就成了实现二氧化碳与烯烃共聚领域最有可能被突破的点之一。虽然早在约二十年前就有研究人员尝试该内酯的聚合,但是在本项工作之前,仅有一个成功的先例,而且需要金属添加剂和复杂昂贵的自由基引发剂的辅助,转化率很低。本项工作开发了一种无需任何添加剂、引发剂及溶剂的本体聚合方法,可以实现100%单体转化率,得到分子量高达24万左右的高分子材料,其中二氧化碳占全重的29%。该工作通过详细的机理分析和验证,发现在聚合过程中,通常被认为是自由基抑制剂的氧气起到了令人意外的自由基引发作用,并结合得到的特殊高分子结构提出了可能的聚合引发机理。

值得一提的是,制备得到的高分子产品中保留了大量烯烃位点,可以很方便地实现后续的功能化修饰。本项工作以简单的烯烃-硫醇点击化学为例,初步展示了这种高分子材料的改性潜力。研究中所涉及的十种硫醇类单体均能有效通过该点击反应接到高分子上,特别是半胱氨酸的成功反应展现了该高分子具有生物应用的潜力。

ACS Editors'Choice是美国化学学会(ACS)于2014年1月1日推出的一项扩大刊物影响力的举措。该服务每天从ACS开办的51种同行评议期刊中选取一篇具有重大科学意义的优秀论文,入选率低于1%,并成为向公众永久免费开放的浏览资源,且无需论文作者付费。ACS Editors'Choice的文章发放到ACS的首页上,以图片形式滚动播放7天,相当于每天的头条。ACS旗下每个期刊的编辑团队要为“ACS Editors’ Choice”窗口推荐论文,推荐选定的论文必须是每个杂志所有论文中的极品佳作。《美国化学会会志》(JACS)主编Peter J. Stang教授指出,编辑推荐的每一篇文章都应包含“使该领域的固有模式发生变革的一些新观念”(“new concepts that are paradigm-shifting in the field”)。

论文链接:

http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsmacrolett.7b00774



二氧化碳占全重29%的高分子合成路径