我國學者Science發文展望Mechanoredox催化前景

　　近日，國際著名學術期刊《Science》發表了四川大學高分子材料工程國家重點實驗室/高分子研究所夏和生教授（夏和生教授為該論文第一作者，四川大學為該論文第一單位）與西北工業大學柔性電子研究院王振華博士合作撰寫的題為“Piezoelectricity drives organic synthesis：Ball milling allows for solvent-free mechanoredox catalysis”的perspective評述論文(Science, 2019, 366, 1451-1452)。結合近年來力化學領域的新進展，對當期Kubota等發表的Science論文“Redox Reactions of Small Organic Molecules Using Ball Milling and Piezoelectric Materials (Science , 2019, 366, 1500-1504)”研究工作進行了評述和展望。

　　評述論文指出，力化學目前正處于一個價值重新發現和研究復興時期。力化學可以改變反應路徑，制備常規熱、光活化方法難以制備的材料，同時可以減少有機溶劑使用，為綠色化學提供新途徑。力化學的模擬計算可為化學鍵的斷鍵機理提供深層次的理解。通常力化學產生自由基需要高能球磨、超聲或水力空化以實現有機分子或聚合物共價鍵裂解，反應環境較為極端，難以實現規模化。在過去十年里，力化學領域一個新的發展趨勢是采用更溫和的方法，如雙螺桿擠出、常規攪拌、壓縮和拉伸等。這些較溫和的方法很容易實現，但通常需要結合新的化學概念如含弱鍵的力敏基團mechanophore，以及新材料如金屬-有機絡合物（MOF）等。

　　壓電材料在應力作用下變形發生表面電荷富集，可以高效地將機械能轉化為化學能，為力化學反應提供一種新的溫和方式。近年來，研究人員發現在超聲機械力作用下，壓電材料可以促進電子轉移實現染料降解和可控ATRP聚合。Kubota等Science論文率先提出采用普通的壓電陶瓷材料如鈦酸鋇BaTiO3等作為有機合成的力氧化還原催化劑（Mechanoredox）。作者通過球磨BaTiO3粒子實現單電子轉移（SET）氧化還原反應，成功地進行了各種芳基重氮鹽的力氧化還原活化，實現了呋喃類化合物的芳基化反應和硼基化反應，與光催化氧化還原反應相比，力催化能在較短的時間內達到更高的產率。

　　評述文章結合近年來力化學領域的進展展望了Mechanoredox催化的前景。力化學廣泛應用于包括納米粒子制備、有機和聚合物合成、聚合物加工、塑料或橡膠回收、電化學儲能、水處理、藥物共晶合成、金屬有機絡合物、石墨烯剝離、碳納米管切割、動態共價化學鍵性能調控、自修復等眾多領域。力催化氧化還原開辟了一條適用于多種有機氧化還原反應的力化學新途徑，可以擴展到與自由基相關的化學領域，如聚合、接枝和交聯反應、降解和回收等。

　　夏和生教授課題組多年來在力化學領域取得了多項成果，早期在王琪院士指導下提出超聲原位聚合制備聚合物納米復合材料（Chem Mater, 2002, 14, 2158； Chem Mater, 2003, 15, 3879）； 近年來將Mechanophore概念引入到嵌段共聚物中，實現超聲力化學控制藥物釋放（Chem. Commun., 2010, 46, 7739； Chem. Commun., 2014, 50, 3575； Therapeutic Ultrasound (book chapter), 2016, 880, 365）； 提出超聲力化學實現自修復的策略（J. Mater. Chem., A, 2014, 2, 16051. Front Chem, 2019, 7, 59）。開發了多種含壓電材料在內的超聲力化學可控ATRP聚合新型催化體系 (ACS Macro Lett., 2017, 6, 546； Macromolecules, 2017, 50, 7940； ACS Macro Lett., 2018, 7, 275； ACS Macro Lett. 2019, 8, 161)。