华中科技大学解孝林、彭海炎团队：基于香豆素酮光氧化的光聚合反应及高效3D打印

近日，《自然•通讯》（Nature Communications）在线刊发了华中科技大学化学与化工学院解孝林、彭海炎团队的最新研究成果基于香豆素酮光氧化的光聚合反应及高效3D打印。这是基于前期工作（Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 10066; JACS, 2020, 142, 6285; Adv. Sci., 2019, 6, 1900205; JACS, 2014, 136, 8855），在光聚合领域取得的又一重要研究进展。

光聚合反应在全息存储、3D打印等前沿领域应用广泛，关键科学问题在于反应机理以及反应动力学的瞬时控制和空间调控。团队从光引发体系着手，系统研究了香豆素酮等光敏剂的光还原和光氧化反应机理，进而高效调控了光聚合反应动力学。在前期工作中，团队发现香豆素酮、荧光素衍生物经过胺类化合物光还原时，同时产生具有引发聚合功能的自由基和具有阻聚功能的自由基，提出了"光引发阻聚剂（photoinitibitor）"新概念。通过这两种自由基的竞争与协同效应有效调控了光聚合反应动力学，实现了彩色全息图像的存储及其与荧光图像的正交存储和协同温敏响应。该团队进一步研究了香豆素酮的光氧化反应，发现香豆素酮被三嗪化合物光氧化后生成脱乙基产物，因此在可见光波段保持了较强的光吸收。利用这一特点，成功抑制了3D打印过程中的侧向光聚合，在保持高3D打印分辨率（23 μm）的前提下，将打印速度提高了2.1倍（5.1 cm∙h^-1）、光能利用效率提高了12倍，解决了3D打印速度与分辨率之间的矛盾，实现了复杂结构的高效打印。

图1. 基于香豆素酮光氧化反应的3D打印：（a）香豆素酮光氧化和光还原的主要反应产物；（b）3D打印装置示意图；（c）香豆素酮光氧化和光还原反应所对应的3D打印效果对比；（d）基于香豆素酮光氧化反应的3D打印实物图。

3D打印是在计算机辅助设计下构建三维实物的增材制造方法，不仅可以制备传统方法难以获得的复杂结构，而且还能够根据个性化需求在所打印的结构上集成特定的功能，因此被誉为将带来“第三次工业革命”的新技术。然而，在基于光聚合反应的3D打印中，侧向光聚合难以避免，导致打印分辨率不高。为了抑制侧向光聚合，通常是在打印光敏树脂中添加不参与光反应的光吸收剂（如苏丹橙G、苏丹I、廷纳芬171等），但同时也显著降低体系的能量利用效率和打印速度。该团队提出的基于香豆素酮光氧化的3D打印新策略，为高效增材制造提供了一种可行的解决方案。

华中科技大学为第一完成单位，博士生赵骁宇为第一作者，博士生赵晔、浙江大学谢涛教授、华中科技大学李忠安教授、汕头大学李明德教授为共同作者，解孝林教授与彭海炎副教授为通讯作者。该工作得到华中科技大学登峰计划、国家自然科学基金面上项目（51773073、52073108）及中央高校基本科研业务费专项资金（2019kfyRCPY089）资助。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Efficient 3D printing via photooxidation of ketocoumarin based photopolymerization

Xiaoyu Zhao, Ye Zhao, Ming-De Li, Zhong’an Li, Haiyan Peng, Tao Xie & Xiaolin Xie

Nat Commun., 2021, 12, 2873, DOI: 10.1038/s41467-021-23170-4

导师介绍

解孝林

https://www.x-mol.com/university/faculty/10713 

华中科技大学官网报道

http://news.hust.edu.cn/info/1003/41907.htm