由苯环构筑的经典高分子材料，如聚苯乙烯（PS）等在日常生活、国民经济和国家安全等方面发挥着重要作用，一直受到学术界和产业界的广泛关注。对标PS的骨架结构，设计合成系列薁单元2-位或6-位与聚乙烯主链键连的聚薁乙烯新型高分子（PVAzs）（图1）具有重要研究意义，薁单元独特的化学结构和物理化学性质有望赋予聚薁乙烯新的性质和功能，如薁单元的偶极有望赋予聚薁乙烯强的聚合物链间作用和组装功能，获得高的玻璃转化温度和优于聚苯乙烯的力学性能；薁单元可逆得失质子的特性，有望使聚薁乙烯用作质子传输材料、酸致变色材料、耐酸涂层材料等。与此同时，薁单元较低的芳香稳定化能和较高的化学活性也使聚薁乙烯的合成面临较大挑战。在本课题组前期聚（2,6-薁乙炔撑）、聚（2,6-薁乙烯撑）等系列新型薁基聚合物研究工作的基础上（Macromolecules2023, 56, 9475−9488.; Macromolecules 2022,55, 8074–8083.），采用在薁单元1,3-位引入大位阻基团（如叔丁基）、拉电子基团（如乙酰基）和在薁单元2-位引入烷氧基等策略，钝化薁单元的反应活性，采用AIBN引发的自由基聚合方法，获得了系列聚薁乙烯衍生物（图1）。研究表明，由于薁单元存在固有偶极矩，聚(2-薁乙烯)具有比PS更高的玻璃化转变温度（141°C）和更好的亲水性。与郑州大学王景涛课题组合作发现，薁单元的质子响应性使聚薁乙烯可用于提升全氟磺酸树脂（Nafion）的质子导电率，且质子导电率的提升程度与取代基的结构和薁单元的偶极取向有关；薁单元的五元环远离聚合物主链且薁单元的2-位含有亲水性给电子基团的P(6-VAz-OTEG)更有利于质子迁移，以3 wt% P(6-VAz-OTEG)与Nafion制备的复合膜在80°C和100%相对湿度下的质子导电率为252 mS cm−1，相应的氢燃料电池最大功率密度为367.2 mW cm−2，分别相对于纯Nafion膜提高了80%和60%。该研究拓展了聚芳基乙烯的材料体系，为新型聚芳基乙烯的合成和功能应用提供了新思路。相关研究工作发表在Macromolecules2024, 57, 7516−7523上。高希珂研究员和王景涛教授为共同通讯作者，上海有机所向焌钧博士为第一作者。上述研究得到国家自然科学基金和中国科学院先导B等项目的支持。
图 1. 聚薁乙烯新型高分子及其性质功能研究
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.2c01101
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.3c01335
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.macromol.4c00676
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