中科大研究團隊《德國應化》：可控超分子聚合及其光波導應用

通過構建一維有序結構實現光波導互連，在現代信息通信技術中具有重要的應用價值。近日，中國科學技術大學化學與材料科學學院和中科院軟物質化學重點實驗室的汪峰教授課題組與鄒綱教授課題組開展合作，通過仿生自組裝策略，成功實現了π-共軛單體的協同超分子聚合，為有機光波導材料的研究提供了新的思路。

圖1.「成核-鏈增長」協同超分子聚合體系及其光波導應用示意圖

目前廣泛報道的一維有機光波導材料，主要包括π-共軛聚合物及有機小分子晶體兩類。其中，π-共軛聚合物存在尺寸非均一性、結構非晶態等問題；而對於π-共軛有機小分子，其晶體形狀較難得到精確操控、且加工性相對較差，上述缺陷均制約了這兩類體系在光波導材料領域的進一步應用。針對上述問題，研究團隊提出對π-共軛單體分子進行可控超分子聚合的新策略，所構築的超分子聚合體系不僅能結合上述兩類體系的優點，同時能有效避免其各自缺陷，從而實現光波導性能的優化。該策略所面臨的主要挑戰在於：如何實現π-共軛超分子聚合物的聚合可控性與結構規整性。

眾所周知，與人工超分子體系通常採用的等構機制相比，自然界中的超分子體系（如β–澱粉樣肽、煙草花葉病毒等）廣泛採用「成核-鏈增長」協同聚合機制，確保在聚合過程中具有自糾錯自檢驗的能力，為超分子組裝體的鏈長、拓撲結構、自組裝特性等方面提供可調控性和適應性。研究團隊從中獲得啟發，通過對π-共軛鉑炔基單體進行合理的分子設計，實現了氫鍵、π-π堆積等非共價鍵驅動力的高效加合，構建了具有「成核-鏈增長」協同聚合機制的一維超分子共軛聚合物。通過光譜學手段與數學模型的結合，定量獲取了超分子聚合過程中的熱力學信息，證實體系具有高聚合度特徵、可溶液加工性能及優良的發光特性。在此基礎之上，製備了結構高度均一的超分子聚合物微米纖維，並證實其具有優異的光波導行為：相比於傳統的π-共軛聚合物體系，其光傳輸損耗呈現明顯降低趨勢。

圖2.左）超分子聚合機制研究；中）超分子聚合物纖維的光波導行為；右）光波導各向異性研究。

上述研究以「Cooperative Supramolecular Polymerization of Fluorescent PlatinumAcetylides for Optical Waveguide Applications」為題發表於Angew. Chem. Int. Ed.，DOI：10.1002/anie.201704294。該論文的第一作者為汪峰教授課題組博士研究生王曉。該研究工作得到國家自然科學基金、中國科學院青年創新促進會等科研基金的資助和支持。

附文章鏈接：

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201704294/full

來源：高分子科學前沿

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