耶鲁大学钟明江团队 JACS Au | 设计高分子链微观结构以实现能源和环境可持续发展

英文原题：Design of Microstructure-Engineered Polymers for Energy and Environmental Conservation

通讯作者：钟明江，耶鲁大学化学与环境工程学院

作者：Yazhen Xue, Mengxue Cao, Charles Chen, and Mingjiang Zhong*

研究背景

高分子材料作为一种重要的材料，经过约一个世纪的发展，在人们的日常生活和各个工业领域中发挥了巨大的作用。设计新型高分子材料以解决能源短缺与环境污染等问题是实现全球可持续发展目标的关键措施。通过已有且容易获取的单体来合成具有可调控微观结构的高分子材料，可在不改变合成原料的情况下实现材料性质的优化并降低能源消耗。高分子链微观结构包括链长及其分布、区域异构化、立体化学、单体或片段序列以及拓扑结构。得益于聚合方法学的研究和发展，利用精确合成方法可实现对于单一微观结构的控制，从而有效构建高分子微观结构-性质关系，进一步推动高分子材料在环境保护、能源转换和储存方面的应用。

摘要图. 高分子链微结构的基本概念与广泛应用

展望内容

近日，耶鲁大学化学与环境工程学院钟明江教授团队，基于前期关于高分子材料在环境和能源方面的应用成果，围绕高分子微观结构对于材料性能及其应用的影响撰写了研究展望。

图1. 高分子链微结构及高分子材料在能源储存和转化与环境保护方面的具体应用

该展望讨论了一系列通过控制单一微观结构参数以获得不同材料性能和应用的工作。作者系统地介绍了现阶段高分子材料在能源与环境方面的应用，包括可用于能量转换和存储的电池固态电解质，介电材料，氧化还原液流电池，柔性电子器件以及表面防菌，塑料回收与降解，污水净化等（图1）。这些材料设计与优化的理论基础源于高分子链微观结构对其性质的影响，具体包括官能团局部密度，链构象分布，（半）结晶性，流变性质，机械性能，加工性，微观相分离形貌等。

最后，作者对高分子链微观结构的研究进行了展望，并讨论了未来可能面临的机遇与挑战，主要包括：1）在保持结构精确度的前提下实现高分子材料大规模工业化生产；2）对更多类型高分子实现微观结构的精准控制，例如对于极性或官能化高分子进行精确立构规整度控制；3）对于目前仍处于合成优化阶段的高分子拓扑结构例如环状高分子进行性质研究及应用探索。该展望于2023年4月27日以 “Design of Microstructure-Engineered Polymers for Energy and Environmental Conservation” 发表在 JACS Au 期刊上。

转自：“ACS美国化学会”微信公众号

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