我校王文珍教授科研团队在二氧化碳基聚碳酸酯材料绿色开发方面发表高水平论文-西安石油大学招生办网站新版

自工业革命以来，大气中日益升高的二氧化碳(CO2)含量已经引起了南极臭氧层削减、全球气温上升及两极冰川融化等环境问题，严重危机到全球生物的健康与生存，如何降低二氧化碳的排放已经成为全球瞩目的环境问题。将CO2与环氧化物通过交替共聚反应制备成为可降解的CO2基聚碳酸酯（PPC）材料，不仅可以缓解温室效应问题，也可以消除塑料的“白色污染”而受到人们的广泛关注。但其尚不理想的热稳定性、力学性能和功能性研究的缺乏，限制了它们在高附加值和功能性产品中的应用范围。在过去的两年中，团队开发出了一系列高效低廉的新型催化剂（Polymer, 2022, 256, 125188）用于二氧化碳的高效转化并系统探索了PPC催化反应体系的竞争与协同机制，实现聚合物的高效可控合成。此外，“结构决定性质”，团队以精心的结构设计来制备满足各种需求的聚碳酸酯高分子材料为主旨，通过在PPC主链骨架中设计引入第三单体，成功合成了新型具有强阻燃性能的CO2基聚碳酸酯材料（Materials today communications, 2023, 34, 105179）。另一方面，面对传染病爆发的特殊时期，抗生素药物的大量使用导致一系列耐抗生素细菌的出现，这对公共卫生和医学构成了巨大威胁。因此，开发高性能抗菌材料是作为预防感染传播和减少对抗生素依赖的紧急措施之一。考虑到CO2基聚碳酸酯具有良好的生物相容性和生物降解性，以及它们在生物医学领域的应用潜力，可以作为构建更多功能聚合物的绿色平台。

图1.具有高效抗菌性能的CO2基PPC合成路线及抗菌机理示意图

为了综合改善传统的PPC材料高紫外透过率和其链段中羰基的存在使其在紫外照射下容易快速老化和降解，而导致的材料寿命短等天然缺陷。近期我校化学化工学院王文珍教授团队以三元共聚改性PPC为思路，将具有生物光活性的第三单体引入到CO2与环氧化物交替共聚反应中，对CO2基聚碳酸酯进行化学改性。改性后的CO2基聚碳酸酯（PPCB）具有很强的抗紫外线老化能力，在紫外线辐照下能通过电子跃迁产生可作用于病原体的活性氧（图2），促使病原体产生氧化应激，导致其失活或死亡，从而赋予材料抗菌特性（图3）。该聚合物材料0-50 μM的浓度范围内，对小鼠成纤维细胞L929表现出极低的细胞毒性（图4），说明PPCB具有良好的细胞相容性和较高浓度的安全阈值。这项研究工作可以有效地防止病原体传播感染并减少对抗生素的依赖，显示出了对可持续和循环碳经济转型的希望以及应对日益严重的病毒感染威胁并保障公众健康的巨大应用潜力。该工作也是首次将可降解的CO2基PPC材料应用于高效抗菌、抗紫外、抗老化研究领域，拓展了CO2基聚碳酸酯高分子材料的应用范围。

图2.抗菌机理研究

图3.抗菌性能测试

图4.细胞毒性测试

该工作是团队近期关于二氧化碳基聚碳酸酯的精准设计与可控合成研究的最新进展之一。以“Green fabrication of carbon dioxide-based polycarbonates with durable antimicrobial properties and UV resistance”为题发表在《Chemical Engineering Journal》上（Chemical Engineering Journal 2023, 477, 147107）。文章第一作者是西安石油大学硕士研究生黄庆，通讯作者为西安石油大学化学化工学院王文珍教授。该研究得到了国家自然科学基金委的支持。全文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.147107

图5.文章发表在《Chemical Engineering Journal》上