中國科學院大連化學物理研究所實現(xiàn)基于低毒性量子點短波近紅外光驅(qū)動的活性聚合反應(yīng)

2025-09-12 11:28:40中國科學院大連化學物理研究所閱讀量：20222      我要評論

　　近日，中國科學院大連化學物理研究所化學動力學研究室光電材料動力學研究組(1121組)吳凱豐研究員與杜駿研究員團隊在紅外量子點的設(shè)計合成與光化學研究中取得新進展。團隊與澳大利亞悉尼新南威爾士大學Cyrille Boyer教授合作，實現(xiàn)了基于低毒性銅銦硒(CuInSe2)量子點的活性聚合反應(yīng)，并將激發(fā)光源拓展至1050 nm短波近紅外(SWIR)波段。

　　光誘導電子/能量轉(zhuǎn)移可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移(PET-RAFT)聚合技術(shù)是一種可以通過光照精確控制高分子鏈生長的可逆失活自由基聚合方法。SWIR光驅(qū)動的PET-RAFT聚合因其良好的反應(yīng)選擇性和生物組織穿透性，在3D打印和透皮聚合等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊應(yīng)用前景。現(xiàn)有PET-RAFT體系多采用非線性光學策略(如雙光子吸收和光子上轉(zhuǎn)換)實現(xiàn)光催化劑對近紅外光子的利用，通常需要借助高強度的激光激發(fā)，限制了其實際應(yīng)用。因此，亟待開發(fā)能直接高效利用SWIR光子實現(xiàn) PET-RAFT聚合反應(yīng)的光催化劑，其中量子點材料因其可調(diào)的氧化還原電位與吸光范圍，近年來已被廣泛作為高性能光催化劑用于有機光化學反應(yīng)。

　　吳凱豐與杜駿團隊近年來對低毒性的近紅外CuInSe2量子點開展了深入系統(tǒng)的光物理與光化學研究：實現(xiàn)了量子點-分子雜化體系的近紅外熱延遲發(fā)光(Angew. Chem. Int. Ed.，2022)；發(fā)展了一種基于低毒性量子點的近紅外光子上轉(zhuǎn)換路徑，為高效快速太陽光合成提供了新方案(Nat. Photonics，2023)，為量子點近紅外光催化有機光化學反應(yīng)研究奠定了基礎(chǔ)。

　　在本工作中，研究團隊通過溶液化學調(diào)控方法，合成了一系列吸收起始波長覆蓋可見光區(qū)至SWIR(1100 nm)的CuInSe2量子點，并構(gòu)建了CuInSe2-CDTPA(4-氰基-4-[(十二烷基硫烷基硫羰基)硫烷基]戊酸)雜化光催化劑用于PET-RAFT聚合反應(yīng)。實驗表明，在1050 nm激發(fā)光照射下，該體系可保持良好的活性聚合特征，并可穿透3 mm生物組織實現(xiàn)高效活性聚合反應(yīng)。該研究還揭示了CuInSe2量子點中長壽命淺缺陷態(tài)局域電子在有機光化學反應(yīng)中的動力學新機制，為發(fā)展高效SWIR光驅(qū)動PET-RAFT 聚合催化劑提供了理論依據(jù)。

　　相關(guān)成果以“Efficient Photoinduced Living Polymerization Driven by Shortwave Infrared CuInSe2/CuInS2 Quantum Dots”為題，于近日發(fā)表在《美國化學會志》(Journal of the American Chemical Society)上。該工作的第一作者是我所1121組博士研究生呂永順。上述工作得到了國家自然科學基金、中國科學院B類先導專項“基于極紫外光源的化學反應(yīng)過渡態(tài)精準探測”、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金、科學探索獎新基石基金會、遼寧濱海實驗室、遼寧省自然科學基金等項目的資助。

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