【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】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量子點光引發(fā)可控聚合領(lǐng)域取得新進展。團隊采用高亮度、高穩(wěn)定的低毒硒化鋅/硫化鋅(ZnSe/ZnS)膠體量子點作為光催化劑，在無外源性引發(fā)劑和鏈轉(zhuǎn)移試劑的條件下，實現(xiàn)了丙烯酸酯類單體的光控聚合；并結(jié)合飛秒瞬態(tài)吸收光譜技術(shù)，揭示了量子點激發(fā)態(tài)敏化分子三線態(tài)引發(fā)聚合的機理，以及闡明了量子點表面原子在可控聚合聚合反應(yīng)中的協(xié)同作用。
 

　　近年來，基于量子點驅(qū)動的可控活性聚合反應(yīng)來制備量子點-聚合物復合功能材料在發(fā)光顯示、太陽能光電轉(zhuǎn)化和3D打印等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)制備方式依賴量子點與外源性引發(fā)劑分子之間的電荷轉(zhuǎn)移，會導致副產(chǎn)物生成，并且引發(fā)過程中產(chǎn)生的活性自由基物種會使量子點光學性能下降，限制了其實際應(yīng)用。因此，亟待開發(fā)一種無外源性引發(fā)劑參與，量子點直接引發(fā)單體聚合的新型聚合方式，來實現(xiàn)對聚合反應(yīng)動力學進行精細的時空控制，以獲得具有指定分子量、窄多分散性和嵌段結(jié)構(gòu)的量子點-聚合物復合功能材料。
 

　　吳凱豐與杜駿團隊近年在低毒性量子點的化學合成與光化學轉(zhuǎn)化領(lǐng)域開展了深入系統(tǒng)的研究：發(fā)展了一種基于低毒性量子點的近紅外光子上轉(zhuǎn)換路徑實現(xiàn)高效快速太陽光合成的新方案(Nat. Photonics，2023)；實現(xiàn)了基于量子點-分子雜化體系的近紅外熱延遲發(fā)光與光化學反應(yīng)(Angew. Chem. Int. Ed.，2022；Angew. Chem. Int. Ed.，2025)；開發(fā)了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)(J. Am. Chem. Soc.，2025)，為量子點光催化有機光化學反應(yīng)研究奠定了基礎(chǔ)。
 

　　在本工作中，研究團隊合成了一系列具有不同激發(fā)態(tài)能量的量子點，驗證了其引發(fā)丙烯酸酯類單體聚合的普遍性與能量依賴性。進一步，團隊結(jié)合電子順磁共振技術(shù)和飛秒瞬態(tài)時間分辨光譜技術(shù)，揭示了量子點敏化甲基丙烯酸甲酯生成三線態(tài)雙自由基的過程，并發(fā)現(xiàn)該雙自由基可在亞納秒時間尺度內(nèi)通過與量子點表面的懸垂鍵相互作用，轉(zhuǎn)化為具有引發(fā)活性的單自由基，從而完成鏈引發(fā)過程。同步輻射實驗也表明，量子點表面的Zn原子與S原子分別在聚合反應(yīng)中起到了與分子三線態(tài)雙自由基鍵合引發(fā)鏈增長，以及與鏈端自由基可逆鍵合實現(xiàn)聚合物鏈高保真與光控活性的作用。利用量子點激子與表面原子的協(xié)同作用，不僅使得量子點可以在一個反應(yīng)中承擔多種功能，區(qū)別于傳統(tǒng)分子引發(fā)劑，還可用于制備高亮度、高穩(wěn)定性的量子點聚合物復合材料，用于顯示或光波導應(yīng)用中。
 

　　相關(guān)成果以“Quantum Dots Enabling All-in-One Controllable Polymerization through Triplet Energy Transfer”為題，于近日發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)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。