作者:许华平等 来源:《化学》 发布时间:2023/6/27 12:49:13
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聚碲氧烷!清华大学成功制备一类新型非碳主链聚合物

 

2023年6月26日,清华大学的许华平教授课题组在Chem期刊上发表了一篇题为“Polytelluoxane: A chalcogen polymer that bridges the gap between inorganic oxides and macromolecules”的研究成果。

该成果报道了一类全新的非碳主链聚合物并将其命名为聚碲氧烷,研究了碲-氧非碳主链结构的单分子力学性质、光学性质及光催化性质;探索了聚碲氧烷在紫外防护、光催化、闭环可降解材料领域的应用。论文通讯作者是许华平教授;第一作者是戴以恒;共同第一作者是张之恒。

在传统聚合物中,碳元素占聚合物主链的主要或全部成分。然而,存在一类特殊的聚合物,它们的主链完全由非碳元素构成,被称为非碳主链聚合物。其中一些如聚硅氧烷已经在科研与工业领域获得了广泛的发展。

在这项工作中,清华大学许华平教授团队以碲原子与氧原子交替连接形成主链结构的方式,制备了聚碲氧烷。研究人员通过多种表征手段充分验证了这一全新的主链结构并通过基于原子力显微镜的单分子力谱研究了碲-氧主链结构的单分子力学行为,发现这是一种与硅-氧主链结构具有类似熵弹性的聚合物结构。随后,研究人员开发了一种可用于大规模合成聚碲氧烷的聚合方法——界面氧化聚合,该反应能够在室温下进行,具有反应装置简单、反应后处理便捷、反应重复性高、原子利用率高、试剂绿色环保的显著优势且可稳定应用于多种有机侧链结构的含碲小分子单体,有望在未来拓展为聚碲氧烷的工业合成方法。

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图1:聚碲氧烷的合成与表征。

在实现聚碲氧烷高效合成的基础上,研究人员进一步开发了聚碲氧烷的材料成型工艺,发现聚碲氧烷与热压成型及溶剂成型均表现出良好的兼容性,可分别用于制备聚碲氧烷块体材料与聚碲氧烷薄膜材料。除此以外,研究人员对聚碲氧烷开展了深入的性质研究,相关研究着重探索碲-氧主链结构的特有物理化学性质。研究结果显示,聚碲氧烷材料具有良好的全紫外波段防护性能——在确保可见-近红外波段高透光性的同时,对具有高穿透性的UVA波段表现出显著的防护能力,其透光性与折射率可与常见的商用光学材料相媲美,有望在未来发展成一类全新的高透光紫外防护功能材料。

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图2:聚碲氧烷的光学性质。

深入研究发现,聚碲氧烷能够在紫外辐照下表现出光照刺激响应性——在聚合物主链结构上产生光致电子与光致空穴,研究人员初步探索了聚碲氧烷在铂元素光催化沉积与醇酮光催化氧化中的应用,均表现出了良好的催化效率。

图3:聚碲氧烷的光催化性质。

与此同时,研究人员探讨了聚碲氧烷的氧化还原刺激响应性,发现聚碲氧烷是一类优秀的闭环可降解材料并为聚碲氧烷开发了对应的闭环降解操作流程。其闭环降解过程具有反应条件温和、碲原子利用率接近100 %、可重复性高(循环次数10次后化学结构不变)、降解速率快等显著优势,有望为微塑料污染、可持续经济与绿色化学等重要领域提供全新的材料支撑。

图4:聚碲氧烷的闭环可降解。

该研究有望为非碳主链聚合物的设计、合成及应用探索提供全新的思路。该工作得到了国家自然科学基金(5223301214150422201156)与国家自然科学基金创新研究群体科学基金(21821001)的资助。(来源:科学网)

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.05.042

 
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