传统的原子转移自由基聚合(ATRP)依赖过渡金属催化剂，这将导致最终产物的过渡金属污染。因此，自ATRP的首次发现以来，人们一直致力于降低催化剂负载或残留金属的去除。最近出现的使用有机光氧化还原催化剂的有机催化原子转移自由基聚合(O-ATRP)无疑是解决这一挑战性问题的理想方案。因此，在O-ATRP中，开发高效率和低负载的光催化剂已成为近年来广泛研究的焦点。然而，O-ATRP的许多机理至今仍不清楚，且催化剂的设计还缺乏一般的指导性原则。

近日，福州大学廖赛虎（通讯作者）等人在期刊Nat. Commun. 报道了基于多环芳烃的杂原子掺杂的催化剂设计方案，发现了氧掺杂蒽嵌蒽(ODA)可作为用于O-ATRP的高效的有机光氧化还原催化剂。ODA与熟知的有机催化剂相比，具有显著的可见光吸收和高摩尔消光系数（ε_455nm高达23,950 M^–1 cm^–1），允许在日光下以低负载的催化剂实现可控聚合。

图1. O-ATRP的催化剂的发展

a 通过核心骨架改性开发催化剂

b 基于杂原子掺杂的O-ATRP的光催化剂设计（这项工作）

c O-ATRP的催化循环机理

d 阳光下的聚合反应和产物颜色（PMMA）

图2. 光催化剂的合成和表征

a ODA5a–d的合成

b 紫外-可见光吸收曲线

c 5a和5d的SOMO轨道和三重激发态的还原能力

d 光催化剂5a–5d的表征数据

图3. ODA 5d催化的MMA的O-ATRP的时序控制和动力学研究

a  开-关灯实验和单体转化率与时间的关系曲线

b  无金属催化ATRP的动力学曲线

c   持续光照下的MMA的聚合反应的M_n和Đ与单体转化率的关系曲线

d  (c)中每种聚合物的GPC曲线

图4.嵌段共聚物的制备

a 由PMMA大分子引发剂（黑）制备PMMA-b-PMMA（绿）、PMMA-b-PBnMA（红）和PMMA-b-PBA（蓝）

b 对应的PMMA、PMMA-b-PMMA、PMMA-b-PBnMA和PMMA-b-PBA的GPC曲线

文献链接：Metal-free atom transfer radical polymerization with ppm catalyst loading under sunlight（Nat Commun，2021，DOI：10.1038/s41467-020-20645-8）

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