综述：利用太阳能进行聚合物合成：光引发剂和光催化剂在自然光诱导的光聚合反应中的最新进展

时间：2026年1月19日

来源：Progress in Polymer Science

编辑推荐：

绿色聚合物化学中，太阳能驱动的光聚合化技术因其可持续性成为研究热点。本文系统综述了光引发剂与光催化剂的进展，分析其光化学反应机制，并探讨在涂层、3D打印和生物材料等领域的应用实例。当前挑战包括光效提升和稳定性优化，未来需结合新型PIs设计及光谱调控技术，推动该技术工业化落地。

法国上阿尔萨斯大学，法国国家科学研究中心（CNRS），IS2M UMR7361，F-68100 米卢斯

摘要

在绿色聚合物化学的研究中，自然阳光因其丰富性和可持续性而成为光聚合的理想能源。虽然从紫外线（UV）到LED光的转变提高了能源效率，但阳光驱动的光聚合为无需电力且易于获取的材料合成提供了一条新的途径。关键挑战在于开发能够利用广泛太阳光谱的高灵敏度光引发体系（Photoinitiating Systems, PISs）。本综述全面介绍了阳光诱导光聚合的最新进展。我们探讨了核心的光化学机制，并综述了最新开发的光引发剂（PIs）和多功能有机染料的光催化剂。我们重点介绍了那些在聚合速率上可与LED激活体系相媲美的阳光驱动系统的实例，展示了它们的实际可行性。此外，还通过具体案例研究了其在涂料、3D打印和生物材料等领域的应用。通过解决当前问题并概述未来研究方向，本综述旨在促进阳光激活PISs的合理设计，从而充分发挥阳光作为可持续制造基石的潜力。

部分摘录

光聚合概述

近年来，光化学成为了一个重要的研究焦点，过去十年中关于光诱导聚合反应的出版物数量激增。科学界越来越多地将光化学方法作为传统热处理的实用替代方案。关键在于，光化学方法能够在常温下高效进行反应，并具有高选择性，这是其相对于热引发体系的主要优势[[1], [2], [3]]

自由基聚合（FRP）的化学机制

FRP仍然是开发新型材料最成熟的光聚合方法，这得到了大量研究的支持[[45], [46]]。目前的努力集中在基于可见光LED的光引发剂上，以利用其成本效益和长期可用性等优势。然而，日益严重的环境问题凸显了更环保的替代方案[47,48]，这突显了由阳光等可持续光源驱动的FRP在工业合成中的潜力[49]。

关于阳光诱导FRP的研究

用于阳光诱导光聚合的光引发剂

光引发剂（PIs）能够在光照下生成活性物种（如自由基、阳离子等）。根据其光引发机制，PIs主要分为两类：光裂解型PIs（Type I）和氢提取型PIs（Type II）[85]。Type I PIs在吸收光后发生裂解，随后生成能引发单体光聚合的反应性片段[8,11,86]。相比之下，Type II PIs需要添加特定添加剂才能生成活性物种。

阳光诱导光聚合的应用

阳光诱导光聚合技术代表了光聚合领域的一项前沿进展，它实现了直接由太阳能驱动的光聚合反应，为材料科学开辟了新的途径[117]。该方法利用光敏催化剂在阳光照射下生成活性物种，从而催化单体链聚合成聚合物。其独特优势推动了多个领域的技术进步。

结论与展望

光聚合技术已取得显著进展，从早期的紫外线汞灯系统发展到更加节能且环保的LED技术，包括蓝光、绿光和红光LED。尽管如此，鉴于当前能源短缺的情况，阳光仍然是最理想的光聚合光源。在环保且经济可行的条件下利用阳光作为光源，可能会彻底改变光诱导聚合的方式。

CRediT作者贡献声明

Ji Feng：撰写——初稿。Fabrice Morlet-Savary：撰写——初稿。Michael Schmitt：撰写——初稿。Jing Zhang：撰写——审阅与编辑。Xiaotong Peng：撰写——初稿。Pu Xiao：撰写——审阅与编辑。Jacques Lalevée：撰写——审阅与编辑。