东京科学大学突破性研究实现多孔芳香族聚合物水溶性应用
2025-06-03 15:02
来源:东京科学研究所
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日本东京科学大学化学与生命科学实验室的研究团队在材料科学领域取得重要突破,成功开发出通过芳香胶束封装技术使多孔芳香族聚合物(PAP)在水中溶解的创新方法。这项发表在《Chem》杂志上的研究成果,为不溶性高分子材料的水相应用开辟了新途径。将碳氢化合物和染料有效地掺入水性多腔中,可增强染料基发光

传统多孔芳香族聚合物因其高度交联的刚性骨架结构,在绝大多数溶剂中表现出极强的不溶性,这一特性严重限制了其在溶液状态下的功能研究和应用开发。由Shinji Aoyama副教授、Lorenzo Catti博士和Michito Yoshizawa教授组成的研究团队,创新性地采用弯曲芳香族两亲物(AA)形成的胶束作为载体,成功实现了PAP材料的水溶性转化。

研究团队开发的"研磨-超声处理"方案操作简便高效,可将PAP转化为直径约100纳米的球形水溶颗粒。实验数据显示,这种芳香胶束对PAP的溶解效率达到传统烷基胶束的七倍以上。"这种方法突破了材料溶解性的限制,使我们能够将完全不溶性染料引入多腔材料,"Catti博士解释道,"这为制备新型多功能复合材料提供了可能。"

该技术的另一重要突破在于实现了对材料粒径的精确控制。通过优化离心过滤方案,研究人员成功获得了粒径分布高度均一的产品,这对材料的后续应用至关重要。实验表明,水溶后的PAP展现出优异的分子识别和包合能力,能够高效结合水中的碳氢化合物,如环癸烷和甲苯等,使聚合物荧光发射率提升达9倍。

研究还发现,通过将碳氢化合物与荧光染料共同掺入多腔结构,可以构建稳定的四组分体系,并显著增强染料的发光性能。例如,环癸烷的加入使某些染料基的红光发射强度增加了9倍。Yoshizawa教授指出:"这种芳香胶束封装技术不仅解决了材料溶解性问题,更为开发新型水相功能材料提供了通用平台,在环境治理、生物传感和催化转化等领域都具有重要应用前景。"

该研究成果代表了高分子材料科学领域的重要进展,其创新性的材料处理方法和独特的性能调控策略,为开发下一代功能性高分子材料提供了新思路。研究团队计划进一步拓展该技术的应用范围,探索其在更多领域的潜在价值。

更多信息: Shinji Aoyama 等人,《芳香族胶束内多孔芳香族聚合物组成的水性多腔宿主》,《化学》(2025)。期刊信息: Chem

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