近年来，量子点驱动可控活性聚合反应，已成为制备量子点—聚合物复合功能材料的关键技术，该类材料在发光显示、太阳能光电转化、3D打印等领域应用广泛。传统制备方式依赖量子点与外源性引发剂分子之间的电荷转移，且引发过程中产生的活性自由基物种，导致量子点光学性能下降，限制了其实际应用。因此，亟待开发一种无外源性引发剂参与，量子点直接引发单体聚合的新型聚合方式。
近日，中国科学院大连化学物理研究所团队，采用高亮度、高稳定的低毒硒化锌/硫化锌胶体量子点作为光催化剂，在无外源性引发剂和链转移试剂条件下，实现了丙烯酸酯类单体的光控聚合。研究结合飞秒瞬态吸收光谱技术，揭示了量子点激发态敏化分子三线态引发聚合的机理，阐明了量子点表面原子在可控聚合反应中的协同作用。
研究团队合成了具有不同激发态能量的量子点，验证了这类量子点引发丙烯酸酯类单体聚合的普遍性与能量依赖性。进一步，团队结合电子顺磁共振技术和飞秒瞬态时间分辨光谱技术，揭示了量子点敏化甲基丙烯酸甲酯生成三线态双自由基的过程。研究发现，该双自由基可在亚纳秒时间尺度内，通过与量子点表面的悬垂键相互作用，转化为具有引发活性的单自由基，进而完成链引发过程。
同步辐射实验表明，在聚合反应中，量子点表面的锌原子通过与分子三线态双自由基键合，可引发链增长，硫原子通过与链端自由基形成可逆键合，实现对聚合物链的高保真调控与光控活性。
基于量子点激子与表面原子的协同作用，该研究实现了单一量子点在聚合反应中的多功能集成，区别于传统分子引发剂的单一功能模式。通过该策略制备出的量子点-聚合物复合材料，兼具高亮度与高稳定性，在显示与光波导领域具有应用前景。
相关研究成果发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会等的支持。
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研究开发基于低毒量子点三线态能量转移驱动的一体化可控聚合新方法
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