聚合物分子刷的高效合成与应用

王志琴; 冯纯; 马晨; 黄晓宇

doi:10.11777/j.issn1000-3304.2018.18199

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聚合物分子刷的高效合成与应用

专论 | 更新时间：2021-01-26

- 聚合物分子刷的高效合成与应用
- Facile Preparation and Diverse Applications of Polymer Brush
- 高分子学报 2018年0卷第12期页码：1467-1481
- 作者机构：
  
  中国科学院上海有机化学研究所　上海 200032
- 作者简介：
  
  [ "冯纯，男，1983年出生. 2005年本科毕业于武汉理工大学高分子材料科学与工程系，2010年博士毕业于中国科学院上海有机化学研究所，2010 ~ 2012年在加拿大多伦多大学进行博士后研究，2013年加入中国科学院上海有机化学研究所，任副研究员. 2014年和2016年分别入选上海市“青年科技启明星”和中国科学院“青年创新促进会”. 目前主要从事具有精细结构的高分子基纳米功能材料的制备和性能研究. 已主持完成一项国家自然科学基金面上项目(51373196)，目前主持国家自然科学基金青年基金(21504102)和面上项目(51873229)各一项. 获得2017年上海市自然科学奖一等奖(第二完成人). " ]
  [ "黄晓宇，男，1973年出生. 中国科学院上海有机化学研究所研究员，中国科学院有机功能分子合成与组装化学重点实验室主任. 1993年本科毕业于南京大学少年班，1998年博士毕业于复旦大学高分子科学系. 1998 ~ 2001年，先后在加拿大多伦多大学和美国阿克伦大学进行博士后研究. 2001年，入选中国科学院“百人计划”，受聘为中国科学院上海有机化学研究所研究员，博士生导师. 2007及2011年分别入选上海市“青年科技启明星”(跟踪)，2018年获得国家杰出青年科学基金的资助. 主要从事有机高分子功能材料的研究. 已先后主持承担国家“863”项目(2项)、“973”课题、国家自然科学基金(8项)以及上海市基础研究重点项目(2项)等多项国家和省部级项目. 2017年，“高效接枝策略构建纳米生物功能材料”荣获上海市自然科学奖一等奖(第一完成人)" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(基金号 21474127, 21504102, 21632009, 51773222, 51825304, 51873229)资助项目()
- DOI：10.11777/j.issn1000-3304.2018.18199
  中图分类号：
- 纸质出版日期：2018-12，
  
  收稿日期：2018-9-13，
  
  修回日期：2018-10-10，
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王志琴, 冯纯, 马晨, 黄晓宇. 聚合物分子刷的高效合成与应用[J]. 高分子学报, 2018,0(12):1467-1481.

Zhi-qin Wang, Chun Feng, Chen Ma, Xiao-yu Huang. Facile Preparation and Diverse Applications of Polymer Brush[J]. Acta Polymerica Sinica, 2018,0(12):1467-1481.
王志琴, 冯纯, 马晨, 黄晓宇. 聚合物分子刷的高效合成与应用[J]. 高分子学报, 2018,0(12):1467-1481. DOI： 10.11777/j.issn1000-3304.2018.18199.

Zhi-qin Wang, Chun Feng, Chen Ma, Xiao-yu Huang. Facile Preparation and Diverse Applications of Polymer Brush[J]. Acta Polymerica Sinica, 2018,0(12):1467-1481. DOI： 10.11777/j.issn1000-3304.2018.18199.

摘要

当聚合物链通过稳定的共价或非共价键高密度地接枝到另一聚合物链、二维平面结构或球形或柱形的三维结构上时，这类聚合物体系分别称为一维、二维和三维聚合物分子刷. 与具有相似化学组成的线性聚合物相比，一维聚合物分子刷具有一些独特的性质，其中包括蠕虫状构象、紧凑的分子尺寸和链端效应. 将聚合物链引入平面、球形或圆柱形基体的表面不仅能显著地改变基体的表面性质，还可赋予所得杂化聚合物分子刷新的功能. 因此，聚合物分子刷在催化、纳米光刻、生物矿化、药物递送、医学诊断和光电子材料等领域具有十分广泛的应用. 虽然活性/可控聚合的出现为各种一维、二维和三维聚合物分子刷的制备提供了更高效的合成手段，但是具有精确组成、结构和功能的聚合物分子刷的高效可控制备仍然是该领域的关键挑战之一. 本文总结和评述了课题组近些年在发展一维、二维和三维聚合物分子刷的高效可控制备策略中取得的成果，并且通过相关实例展现了聚合物分子刷基材料在药物输送、防污涂料、催化和锂离子电池等领域的广阔应用前景.

Abstract

Polymer brush generally refers to a kind of special macromolecular structures

of which polymer chains are densely tethered to another polymer chain (one-dimension

1-D)

the surface of a planar (two-dimension

2-D)

a spherical or a cylindrical (three-dimension

3-D) solid matrice

via

stable covalent or non-covalent bond linkages

and can be divided into 1-D

2-D

and 3-D polymer brushes

respectively

depending on the substrates. Different from the corresponding linear counterpart with similar molecular composition

1-D polymer brush has some attractive properties including wormlike conformation

compact molecular dimension

and notable chain end effects due to its compact and densely grafted structure. The introduction of polymer chains onto the surface of a 2-D or 3-D matrix can not only improve surface-related properties of the matrix significantly

but also endow new functionalities with the obtained hybrid polymer brushes. Thus

polymer brush is of great interest in the fields of polymer and material science due to its potential applications in catalysis

nanolithography

biomineralization

drug delivery

medical diagnosis

optoelectronics

and so on. With the advent of living/controlled polymerization

organic

and supramolecular chemistry

a large number of 1-D

2-D and 3-D polymer brushes have been prepared. However

the development of highly efficient synthetic protocols for the preparation of polymer brush with precisely controlled composition

structure

and functionality remains a key challenge. Herein

we summarize our recent efforts on the development of efficient methods to prepare 1-D

2-D

and 3-D polymer brushes and the exploration of their potential applications in drug delivery

anti-fouling coating

catalysis

and lithium-ion battery.

关键词

聚合物分子刷活性聚合单体设计结晶驱动自组装聚合物复合体系

Keywords

Polymer brushLiving/controlled polymerizationMonomer designCrystallization-driven self-assemblyPolymer composite

references

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