今天給大家分享一篇近期發(fā)表在JACS 上的研究進展，題為：Complete Degradation of a Conjugated Polymer into Green Upcycling Products by Sunlight in Air。在該工作中，作者發(fā)現(xiàn)聚二乙炔類共軛聚合物可以在陽光和空氣的共同作用下完全降解為具有回收價值的小分子。該工作的通訊作者是華中科技大學(xué)的羅亮教授和香港科技大學(xué)的唐本忠院士。
隨著廢棄塑料危機日益嚴重，發(fā)展可降解聚合物成為高分子科學(xué)的重要研究方向。共軛聚合物是一類特種聚合物，在柔性電子器件等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。然而，到目前為止，共軛聚合物的降解仍然缺乏研究。
理想條件下，廢棄聚合物的降解可以在完全自然條件下進行而無需額外處理，并且能夠在較短時間內(nèi)完成；降解產(chǎn)物不含有害物質(zhì)，無塑料微粒殘留。本文中，作者即以主鏈為聚二乙炔的PDDA作為原型，在陽光照射和空氣氣氛下，實現(xiàn)了自然條件下，從高分子量共軛聚合物到小分子降解產(chǎn)物的轉(zhuǎn)變（圖1）。
圖1. 自然條件下共軛聚合物的降解
具體來說，作者首先通過此前發(fā)展的topochemical polymerization從DDA單體合成得到PDDA（圖2，A）。PDDA的薄膜由于主鏈的共軛結(jié)構(gòu)而呈現(xiàn)深紅色。而后，作者將PDDA薄膜浸入水中，在空氣和陽光下暴露一周后，紅色薄膜即可完全消失，得到無色澄清溶液（圖2，B）。凝膠電泳表征了這個過程中聚合物分子量的變化（圖2，C，D）。
圖2. PDDA的合成和降解
此外，作者還通過DLS證明了降解產(chǎn)物中不含聚合物顆粒，通過UV-Vis和Raman光譜表征了降解過程中共軛骨架的變化，以及通過1H/13C-NMR、HR-MS和HPLC確證了降解主要產(chǎn)物為丁二酸。值得注意的是，HPLC表征顯示，降解粗產(chǎn)物中大約60%為丁二酸，其余為其他降解得到的小分子（圖3）。
圖3. 降解粗產(chǎn)物的HPLC-MS表征結(jié)果
最后，作者對PDDA的氧化降解機理進行了探究。作者認為，共軛高分子具有連續(xù)共軛的π-電子骨架，可以大大促進活性氧物種的光化學(xué)生成。因此，無需任何的助氧化劑，PDDA便可完成上述降解。這是本體系不同于其他氧化降解塑料的地方。
綜上，本文中作者發(fā)現(xiàn)聚二乙炔類共軛聚合物PDDA在空氣和陽光的共同作用下，可發(fā)生光氧化降解，最終完全降解為以丁二酸為主的小分子。這一發(fā)現(xiàn)為共軛高分子的降解提供了新的思路。
