近日，我校物質(zhì)學(xué)院林柏霖教授課題組在以二氧化碳和烯烴為原料制備高分子材料方面取得了重要突破。該研究提供了一種簡(jiǎn)單廉價(jià)、便捷可行的合成方法，以二氧化碳這一溫室氣體為可再生碳的來(lái)源，與烯烴結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了可功能化高分子材料高效制備，為二氧化碳和烯烴制高分子材料的潛在工業(yè)化應(yīng)用解決了一個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題，并為降低二氧化碳的排放提供了新的策略。日前，該項(xiàng)成果以“Highly Efficient Synthesis of Functionalizable Polymers from a CO2/1,3-Butadiene-Derived Lactone”為題，在高分子領(lǐng)域知名期刊《ACS Macro Letters》上在線(xiàn)發(fā)表。該研究引起了廣泛的關(guān)注，并入選為ACS Editors'Choice文章進(jìn)行亮點(diǎn)報(bào)道，同時(shí)在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)網(wǎng)站頭條新聞?wù)故?。此外，本論文的部分工作在今?月召開(kāi)的第十五屆國(guó)際二氧化碳利用大會(huì)和10月召開(kāi)的2017年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)中，兩次榮獲大會(huì)優(yōu)秀墻報(bào)獎(jiǎng)。該論文中，物質(zhì)學(xué)院2015級(jí)博士研究生劉慕華為第一作者，物質(zhì)學(xué)院2015級(jí)本科生孫運(yùn)彥、2015級(jí)碩士研究生梁原綺分別為第二和第三作者，林柏霖教授為通訊作者，上科大為第一完成單位。

以石油為碳原料的有機(jī)高分子材料是現(xiàn)代國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)之一，其中六大合成有機(jī)高分子材料中有五個(gè)都是通過(guò)生成C-C鍵的烯烴聚合得到的。開(kāi)發(fā)可持續(xù)性的替代原料是當(dāng)前有機(jī)高分子產(chǎn)業(yè)的最大挑戰(zhàn)之一。二氧化碳是一種來(lái)源豐富、廉價(jià)、可再生及無(wú)毒的碳資源，實(shí)現(xiàn)以二氧化碳為一種主要原料的高分子材料制備，尤其是二氧化碳與烯烴的共聚，是高分子化學(xué)領(lǐng)域長(zhǎng)期以來(lái)孜孜以求的終極夢(mèng)想之一。1,3-丁二烯是橡膠工業(yè)的重要原料，不僅是工業(yè)石油裂解中一種重要產(chǎn)品，還可以從12種生物質(zhì)平臺(tái)分子之一的丁二酸衍生而得，是一種廉價(jià)易得且潛在可再生的重要烯烴。因此，結(jié)合二氧化碳與1,3-丁二烯制備高分子對(duì)有機(jī)高分子產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展有著重大意義，具有大規(guī)模工業(yè)化的廣闊前景。由于1,3-丁二烯是具有較高活性的烯烴，可以高效地與二氧化碳通過(guò)C-C鍵偶聯(lián)生成一個(gè)內(nèi)酯化合物，通過(guò)該化合物的聚合就成了實(shí)現(xiàn)二氧化碳與烯烴共聚領(lǐng)域最有可能被突破的點(diǎn)之一。雖然早在約二十年前就有研究人員嘗試該內(nèi)酯的聚合，但是在本項(xiàng)工作之前，僅有一個(gè)成功的先例，而且需要金屬添加劑和復(fù)雜昂貴的自由基引發(fā)劑的輔助，轉(zhuǎn)化率很低。本項(xiàng)工作開(kāi)發(fā)了一種無(wú)需任何添加劑、引發(fā)劑及溶劑的本體聚合方法，可以實(shí)現(xiàn)100%單體轉(zhuǎn)化率，得到分子量高達(dá)24萬(wàn)左右的高分子材料，其中二氧化碳占全重的29%。該工作通過(guò)詳細(xì)的機(jī)理分析和驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)在聚合過(guò)程中，通常被認(rèn)為是自由基抑制劑的氧氣起到了令人意外的自由基引發(fā)作用，并結(jié)合得到的特殊高分子結(jié)構(gòu)提出了可能的聚合引發(fā)機(jī)理。

值得一提的是，制備得到的高分子產(chǎn)品中保留了大量烯烴位點(diǎn)，可以很方便地實(shí)現(xiàn)后續(xù)的功能化修飾。本項(xiàng)工作以簡(jiǎn)單的烯烴-硫醇點(diǎn)擊化學(xué)為例，初步展示了這種高分子材料的改性潛力。研究中所涉及的十種硫醇類(lèi)單體均能有效通過(guò)該點(diǎn)擊反應(yīng)接到高分子上，特別是半胱氨酸的成功反應(yīng)展現(xiàn)了該高分子具有生物應(yīng)用的潛力。

ACS Editors'Choice是美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)（ACS）于2014年1月1日推出的一項(xiàng)擴(kuò)大刊物影響力的舉措。該服務(wù)每天從ACS開(kāi)辦的51種同行評(píng)議期刊中選取一篇具有重大科學(xué)意義的優(yōu)秀論文，入選率低于1%，并成為向公眾永久免費(fèi)開(kāi)放的瀏覽資源，且無(wú)需論文作者付費(fèi)。ACS Editors'Choice的文章發(fā)放到ACS的首頁(yè)上，以圖片形式滾動(dòng)播放7天，相當(dāng)于每天的頭條。ACS旗下每個(gè)期刊的編輯團(tuán)隊(duì)要為“ACS Editors’ Choice”窗口推薦論文，推薦選定的論文必須是每個(gè)雜志所有論文中的極品佳作。《美國(guó)化學(xué)會(huì)會(huì)志》（JACS）主編Peter J. Stang教授指出，編輯推薦的每一篇文章都應(yīng)包含“使該領(lǐng)域的固有模式發(fā)生變革的一些新觀(guān)念”（“new concepts that are paradigm-shifting in the field”）。

論文鏈接：

http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsmacrolett.7b00774

二氧化碳占全重29%的高分子合成路徑