近日，我所化学动力学研究室光电材料动力学研究组（1121组）吴凯丰研究员与杜骏研究员团队在量子点光引发可控聚合领域取得新进展。团队采用高亮度、高稳定的低毒硒化锌/硫化锌（ZnSe/ZnS）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的条件下，实现了丙烯酸酯类单体的光控聚合；并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，以及阐明了量子点表面原子在可控聚合聚合反应中的协同作用。
近年来，基于量子点驱动的可控活性聚合反应来制备量子点-聚合物复合功能材料在发光显示、太阳能光电转化和3D打印等领域被广泛应用。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，会导致副产物生成，并且引发过程中产生的活性自由基物种会使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，来实现对聚合反应动力学进行精细的时空控制，以获得具有指定分子量、窄多分散性和嵌段结构的量子点-聚合物复合功能材料。
吴凯丰与杜骏团队近年在低毒性量子点的化学合成与光化学转化领域开展了深入系统的研究：发展了一种基于低毒性量子点的近红外光子上转换路径实现高效快速太阳光合成的新方案（Nat. Photonics，2023）；实现了基于量子点-分子杂化体系的近红外热延迟发光与光化学反应（Angew. Chem. Int. Ed.，2022；Angew. Chem. Int. Ed.，2025）；开发了基于低毒性量子点短波近红外光驱动的活性聚合反应（J. Am. Chem. Soc.，2025），为量子点光催化有机光化学反应研究奠定了基础。
在本工作中，研究团队合成了一系列具有不同激发态能量的量子点，验证了其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，并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，从而完成链引发过程。同步辐射实验也表明，量子点表面的Zn原子与S原子分别在聚合反应中起到了与分子三线态双自由基键合引发链增长，以及与链端自由基可逆键合实现聚合物链高保真与光控活性的作用。利用量子点激子与表面原子的协同作用，不仅使得量子点可以在一个反应中承担多种功能，区别于传统分子引发剂，还可用于制备高亮度、高稳定性的量子点聚合物复合材料，用于显示或光波导应用中。
相关成果以“Quantum Dots Enabling All-in-One Controllable Polymerization through Triplet Energy Transfer”为题，于近日发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。该工作的第一作者是我所1121组博士研究生吕永顺。上述工作得到了国家自然科学基金、中国科学院B类先导专项“基于极紫外光源的化学反应过渡态精准探测”、中央高校基本科研业务费专项资金、科学探索奖新基石基金会、辽宁滨海实验室、辽宁省自然科学基金等项目的资助。（文/图 吕永顺）
