吡啶甲醇酯类太阳光降解型超分子聚合物的合成与应用探索

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光降解超分子聚合物除了具有传统光降解聚合物的性质外,还具有动态可调控的性能,有望在药物缓释、组织工程和“瞬态”电子器件等领域得到进一步的发展与应用。其降解行为主要依赖于链内化学键的断裂过程。目前关于光降解材料的研究主要是利用紫外光进行降解,对于可见光甚至是太阳光的研究相对较少。与高能光源相比,长波长(>400 nm)的光是比较安全的光源,并且太阳光中约43%是可见光,是一种丰富的、低成本的能量来源,这为大规模降解材料提供了可能。N-烷基吡啶甲醇酯(NAPEs)是一种典型的可见光(452 nm)响应的基团,在可见光照射下,其C-O键可以通过光诱导电子间接转移的方式发生断裂。通过特殊的结构设计将此基团引入聚合物链中,可以制得光可降解型聚合物,然而如何简单的制备基于NAPEs的太阳光可降解超分子聚合物仍然是目前面临的挑战。因此,本论文对制备基于NAPEs超分子聚合物材料的合成与应用进行了探究,其内容如下:(1)用于柔性电子器件的太阳光降解自修复超分子弹性体基于NAPEs的可光裂解金刚烷与β-环糊精纳米凝胶(β-CD)之间的超分子可逆识别过程,制备了一种太阳光可降解的自修复超分子弹性体(SDSE)。接着详细研究了SDSE机械性能、自修复性能及机理、光降解性能及机理,探索了电解质对其性能的影响及在自修复应变传感器和柔性可降解超级电容器方面的应用。研究发现该弹性体具有良好的力学强度、透明性、优异的可拉伸性(>1500%应变),自修复性(>85%@60分钟),可见光快速降解性以及对电解质稳定的特点;自修复应变和压力传感器具有极高的灵敏度(0.2 kPa时电容变化为0.1%)和快速响应能力,可以检测人体运动;弹性体以及柔性超级电容器在温和的条件下可以发生降解(太阳光照射48小时)。因此,这种新颖的策略和制备的超分子弹性体有望在材料科学、柔性电子学等多学科领域得到进一步的应用。(2)用于多孔材料的太阳光降解超分子聚合物前驱体合成与探索Passerini反应是一种利用醛或酮、异腈化物和羧酸之间的缩合反应以形成α-酰氧基酰胺的三组分反应。研究发现,合理的设计醛基部分可以将NAPEs一步引入到超分子聚合物链中,制备太阳光响应的材料。基于此,本章我们设计合成了含烷基吡啶基团的醛基化物(IPE)、羧酸化物(RPA)和PEO-NH2,并对合成异腈化物(PEO-NC)进行了探索,并通过1H NMR、13C NMR对产物结构进行了表征以及利用GPC对RPA的分子量进行表征(7768 g moL-1,聚合度为72,分散指数为1.21),预计基于NAPEs的材料以及这种方法可以拓宽太阳光的利用途径,为制备多孔材料提供思路。
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