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有机金属与有机光氧还原催化剂,用于可见光区域的光固化反应

在合成程序方面取得的最新进展现在允许获得具有明确定义的组成,分子量和结构的聚合物。由于聚合物工程的这些最新进展,聚合物的应用范围远远超过任何其他类别的材料,包括粘合剂,涂料,包装材料,油墨,涂料,光学,3D打印,微电子或纺织品。从合成的观点来看,最初开发用于有机化学的光氧化还原催化剂最近已应用于聚合物合成,构成聚合物化学的重大突破。由于聚合的光致还原催化剂的发展,可以实现光引发剂量的急剧减少,解决毒性和可萃取性问题; 由于催化方法使催化剂再生,仍然可以获得高性能的引发能力。由于这是一个快速发展的领域,本综述将主要集中在有关有机和有机金属光氧还原催化剂的发展的最新进展的概述,用于多功能单体的光解,以快速有效地获得3D聚合物网络。

关键词: 光引发剂; 光聚合; 光催化氧化催化; 光催化氧化物催化剂


光聚合反应现在在工业和学术实验室中广泛使用。这些方法通常在曝光时导致液体树脂在3D固体聚合物中转变。与热聚合相比,这些光化学方法提供了潜在的优势。首先,它是一种更环保的技术,即系统不需要加热并且不释放(或低含量)挥发性有机化合物。其次,可以采用温和的条件。现在可以在柔和的照射条件下进行光聚合,例如家用灯泡,LED灯,低强度激光甚至阳光[1-4]第一个原因是光的低成本和无限特性(更特别是在使用可见光时)。灯的“开 - 关”方面提供了反应的外部调节器的良好可能性。另一个优点是空间控制,即反应仅发生在光照射区域。对于所有这些优点,光聚合反应已经在许多领域中应用,例如涂料,粘合剂,油漆,油墨,复合材料,3D打印,牙科,数据存储.....

1光聚合过程和光催化剂(PC)的用途

传统上,聚合物制造是通过热固化制成的。然而,这种途径有许多局限性:这些过程通常需要高温和高能量以及释放溶剂(VOC),因此速度慢,成本高。作为热聚合的替代方案,光照射下的聚合提供了良好的替代方案。在两种情况下,聚合通过引发体系在单体共混物中的作用而发生。在光聚合的情况下,需要光引发体系(PIs)来转化起始物质中的光。许多因素影响光聚合动力学。然而,效绩指标是最重要的关键因素,这也是为什么在过去的几十年中提升其特性引起了很多关注。光催化还原催化剂的开发是主要进展之一。

1.1光引发系统(PIs)

光引发聚合方法是通过光照射引发的聚合。为此,将光引发剂(PI)或光引发体系(PI)与单体或单体混合物混合。PI是吸收光并单独引发聚合的组分,而光引发体系包含不同的化合物[8-10]在辐射下,PI或PI产生活性物质:自由基和/或离子和/或酸。当生产活性物质时,可以通过自由基或阳离子机制聚合多种单体(阴离子机制仍然很少)[8]PI还可以与光敏剂(PS)组合使用,以将光谱灵敏度扩展到更长的波长。在过去的几十年中,新的光引发系统的开发已经成为许多研究的主题[11,12]

要使PI高效,它需要几个属性:

i)在辐射源的发射光谱区域中具有优异的光吸收(意味着高摩尔消光系数)。

ii)适应激发态能量和氧化还原电位与添加剂相互作用[13]

与此同时,环境问题强制使用对操纵器更安全的新聚合方法,有助于降低释放的挥发性有机化合物的量并且可以减少用于生产聚合物的能量消耗。目前,工业中使用的大多数光引发系统需要高光强度,这些灯的发射主要集中在UV范围内。为了产生更安全的光引发体系,积极研究了在近紫外或可见光范围内具有高摩尔消光系数的强吸收的光引发剂。就光引发剂和聚合过程中可形成的副产物的可萃取性而言,一个好的策略是减少光引发剂的量。从而,受有机化学中使用的催化循环的启发,已经提出了用于光聚合反应的光氧化还原催化剂的开发。它已成为光引发聚合领域的重大创新。光催化氧化物催化是在软辐射下产生自由基和/或阳离子的新策略[14]

1.2光氧还原催化剂的开发

在光引发聚合领域,光氧化还原催化剂是能够在聚合反应过程中再生的光引发体系[14]该再生基于光吸收化合物与合适的添加剂在光照下的氧化还原反应,以诱导催化循环。

由于光是一种取之不尽,用之不竭的可再生能源,自20世纪初以来,光化学一直引起人们对有机化学和绿色化学的浓厚兴趣[15]通过吸收光,化合物达到电子激发态,这显着改变了分子中电子的分布。因此,诸如反应性,氧化电位或还原电位的化学性质急剧变化。通过适当的供体或受体,可以通过该激发态进行电子电荷转移,并且可以进行氧化还原反应。该过程称为光致电子转移(PET)。

在此背景下,开发了光致还原催化剂。光用于激发光氧化还原催化剂,其允许使用添加剂的电子转移过程。氧化和还原反应都是可能的。实际上,当光催化氧化物催化剂被激发时,一个电子从HOMO(最高占据分子轨道的缩写)移动到LUMO(最低未占分子轨道的缩写)。因此,HOMO中缺少一个电子,LUMO中缺少电子。这就是为什么激发的光氧化还原催化剂同时是比其基态更强的氧化剂和更强的还原剂。因此,PC可以更容易地与氧化剂或还原剂反应(见图1[16]通过添加另一种还原剂或氧化剂,可以如图1所示产生催化循环以再生PC。


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