聚烯烴作為一類重要的合成塑料,在現(xiàn)代社會(huì)中發(fā)揮著非常重要的作用。其中大部分聚烯烴是通過過渡金屬催化烯烴聚合得到的,發(fā)展性能優(yōu)異的過渡金屬催化劑是這一領(lǐng)域的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力,在過去幾十年已被廣泛研究。然而大多數(shù)研究?jī)H涉及到發(fā)現(xiàn)一個(gè)新催化體系,然后通過電子/位阻效應(yīng)進(jìn)行性能優(yōu)化。僅在最近幾年烯烴聚合領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了利用外部刺激調(diào)控聚合過程這一概念。在眾多的刺激響應(yīng)中,由于光的非入侵性和通用性,使其成為一類理想的調(diào)控手段。盡管光在烯烴聚合中得到了廣泛的應(yīng)用,但是涉及催化劑自身性質(zhì)調(diào)控的報(bào)道仍然非常少。
最近,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳昶樂教授課題組將偶氮苯基團(tuán)引入到α-二亞胺鈀和鎳催化劑中,通過偶氮苯單元的光誘導(dǎo)異構(gòu)化特性調(diào)控催化劑分子的電子/位阻效應(yīng),最終成功得到不同微結(jié)構(gòu)以及性質(zhì)的聚烯烴材料。該工以發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed.(DOI: 10.1002/anie.202107883)。
偶氮苯作為一種光敏單元,能夠?qū)崿F(xiàn)光控的順反(cis-trans)可逆互變異構(gòu)化,他們?cè)鴮⑴嫉絾卧胨畻钊﹣啺蜂\中,利用偶氮苯的光響應(yīng)行為實(shí)現(xiàn)對(duì)丙交酯等環(huán)狀單體開環(huán)聚合的調(diào)控。在本工作中,研究人員試圖將偶氮苯單元引入到α-二亞胺鈀和鎳催化體系中,但不幸的是,它們都不具有光致互變順反異構(gòu)效應(yīng)(圖1)。為了解決這一問題,研究人員研究了兩種策略:(1)將催化劑由α-二亞胺配體骨架調(diào)整為胺-亞胺配體骨架,以切斷偶氮苯單元與金屬中心的共軛;(2)采用“三明治”萘胺結(jié)構(gòu),使偶氮苯單元遷移到距離金屬中心較遠(yuǎn)的位置。
圖1. 具有光響應(yīng)性的鈀、鎳催化劑。
Pd1-CH3CN的UV-Vis吸收光譜在365nm處顯示出最大吸收(圖2a),這是由于偶氮苯單元的π-π*躍遷。在用365nm光照射時(shí),反式異構(gòu)體的π-π*躍遷快速降低(圖2a),表明順式(cis-)異構(gòu)體的形成。隨后,用420nm光照發(fā)生cis(順式)-trans(反式)異構(gòu)(圖2b)。對(duì)于催化劑Ni1和Ni2也觀察到類似的行為,并且助催化劑MAO的加入對(duì)偶氮苯單元的光致順反異構(gòu)效應(yīng)沒有影響。
圖2. 鈀、鎳催化劑的光響應(yīng)性。
Pd1-CH3CN催化乙烯聚合過程中,0℃時(shí),365nm光照下聚合活性增加3倍,聚合物分子量降低4倍,表明光照使鏈轉(zhuǎn)移效率增加12倍。聚合物支化度的增加也提供了這一猜想的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。這些性質(zhì)差異可能源于偶氮苯單元的順反異構(gòu)影響了Pd1的電子效應(yīng)。在20℃下,Pd1-CH3CN催化乙烯聚合也觀察到類似行為。
相較于鈀催化劑,鎳催化劑展現(xiàn)了更顯著的光效應(yīng)。具體地,在存在或不存在UV光照射的情況下,0℃下Ni1催化乙烯聚合,其鏈轉(zhuǎn)移效率增加了16倍。在20℃時(shí)這種差異顯著抑制,這可能是由于高活性鎳體系在聚合過程放熱,促進(jìn)了cis-trans的熱誘導(dǎo)異構(gòu)化。與鈀體系類似,UV光照射導(dǎo)致聚合物的支化度變大。Ni2的活性在106g·mol-1·h-1左右,得到的聚合物的分子量在100萬(wàn)左右。對(duì)比黑暗條件下,光照時(shí)聚合物的分子量增大,支化度降低,這可能是由于順式異構(gòu)體的空間位阻大于反式異構(gòu)體。當(dāng)改變聚合溶劑為烷烴類溶劑正己烷時(shí),這種差異依然存在。不僅如此,光還可用于聚合中途催化劑性能的觸發(fā)開關(guān)。例如,在黑暗中聚合15分鐘,然后在UV照射下聚合15分鐘,產(chǎn)生的聚乙烯分子量和支化度值介于黑暗中30分鐘和UV輻照30分鐘之間。
他們還將Ni2催化劑負(fù)載于MgCl2載體上得到Ni2@MgCl2催化劑,其催化乙烯聚合得到的聚合物分子量遠(yuǎn)高于均相的Ni2催化劑,形貌控制也優(yōu)于均相的Ni2催化劑。且在存在或不存在UV光照射的情況下,聚合結(jié)果與均相Ni2催化劑的趨勢(shì)保持一致,這表明MgCl2載體的存在不影響偶氮苯單元的光致順反異構(gòu)效應(yīng)。最后,這些鈀和鎳催化劑還可以用于催化乙烯和極性單體10-十一烯酸甲酯的共聚,在存在或不存在UV光照射的情況下,共聚的結(jié)果與其對(duì)應(yīng)的均聚結(jié)果保持一致,更加論證了光控聚合機(jī)制。
總的來說,他們合理設(shè)計(jì)了兩個(gè)光響應(yīng)的烯烴聚合體系,通過光照調(diào)控催化劑分子的電子/位阻效應(yīng)。無(wú)論是均相催化劑催化乙烯均聚,負(fù)載的異相催化劑催化乙烯均聚,還是均相催化劑催化乙烯與10-十一烯酸甲酯的共聚,其結(jié)果與所提出的機(jī)制完全一致。從而實(shí)現(xiàn)了通過光這一非侵入手段調(diào)控烯烴聚合的可行性。
該項(xiàng)工作由得到了國(guó)家自然科學(xué)基金(NSFC 52025031, 21871242, U19B6001, U1904212)、王寬誠(chéng)教育基金資助。
原文鏈接:https://doi.org/10.1002/anie.202107883
- 重慶理工王凱悌/楊朝龍、南洋理工趙彥利《Adv. Mater.》:環(huán)烯烴聚合物多重剛性作用實(shí)現(xiàn)水/高溫等惡劣環(huán)境下的磷光發(fā)射 2025-01-30
- 中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所簡(jiǎn)忠保研究員課題組 Angew:水相配位共聚制備極性聚烯烴 2024-04-01
- 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)王洋課題組 Macromolecules:高性能單苯氧亞胺IVB族三烷基烯烴聚合催化劑 2024-03-19
- 浙江大學(xué) Angew:一種傳統(tǒng)聚烯烴材料降解與回收利用的新策略 2025-04-28
- 四川大學(xué)王玉忠院士團(tuán)隊(duì) Mater. Horiz.:混雜聚烯烴的氧化同質(zhì)化升級(jí)回收 2025-04-02
- 浙江大學(xué)王勇教授團(tuán)隊(duì) Angew:老樹開新花 - 塑料降解耦合費(fèi)托過程實(shí)現(xiàn)聚烯烴低溫高效制輕芳烴 2025-03-22
- 四川大學(xué)肖嘯課題組 Nat. Commun.:有機(jī)光催化劑助力廢棄塑料的升級(jí)回收 2025-05-19
誠(chéng)邀關(guān)注高分子科技

- 新政·AI智控·增效三重賦能...
- 2025重慶橡塑展亮點(diǎn)劇透,行...
- 國(guó)產(chǎn)替代加速,跨國(guó)巨頭云集...
- 2025涂料原料選料大會(huì)
- 市場(chǎng)破300億!PMEC China 色...
- 搶先注冊(cè)!2025年西部橡塑展...
- “碼”上參觀預(yù)登記,好禮拿...
- 聚合物發(fā)泡行業(yè)技術(shù)培訓(xùn)(第...
- 《塑料改性及加工技術(shù)要領(lǐng)》...
- 中國(guó)生命科學(xué)“36%增速”密...
- 關(guān)于舉辦第六屆中國(guó)實(shí)驗(yàn)室發(fā)...