Molecularly Engineered Metal–Organic Framework With Synergistically Boosting Piezoelectric Polarization and Exciton Directional Separation Enables Efficient Piezo‐Photocatalytic Atom Transfer Radical Polymerization

材料科学 原子转移自由基聚合 压电 聚合 单体 光化学 极化(电化学) 聚合物 激子 光电子学 偶极子 极地的 渗透(战争) 光催化 化学物理 催化作用 可见光谱 自由基聚合 反应速率常数 纳米技术 化学工程 激发态 Atom(片上系统) 光伏系统
作者
Bei Liu,Wanchao Hu,Jie Zhang,Yun Geng,Changli Lü,Junjun Liu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:: e1148889-e1148889
标识
DOI:10.1002/anie.1148889
摘要

ABSTRACT Photoinduced atom transfer radical polymerization (ATRP) is often limited by the shallow penetration of visible light, and current strategies to address this limitation mainly focus on developing catalytic systems responsive to near‐infrared (NIR) light. In contrast, ultrasound‐driven polymerization offers deeper penetration but limited spatiotemporal control. To address these challenges, we pioneer the integration of piezo‐photocatalysis into ATRP by developing a donor–acceptor (D–A) metal–organic framework (MOF) catalyst (B‐Zr‐C) via incorporating electron‐acceptor N‐(4′‐carboxyphenyl)‐1,8‐naphthalimide (CPNI) into NH 2 ‐UiO‐66, which enables synergistically enhanced piezoelectric polarization and exciton separation. Multiscale characterizations verify that the introduction of CPNI prolongs the charge‐separated state lifetime and effectively increases the polarity of the MOF, as evidenced by significant increases in the piezoelectric coefficient d 33 , piezoelectric potential difference, and dipole moment. Under blue light and ultrasound, the piezo‐photocatalytic copper‐mediated ATRP apparent rate constant of B‐Zr‐C(1:1) is ∼fourfold higher than that under light alone, achieving high monomer conversion (> 90%, Đ < 1.11) in seven polar solvents and even producing ultrahigh‐molecular‐weight (UHMW) polymers ( M n > 1100 kg·mol −1 , Đ < 1.30). The piezo‐photocatalytic system retains 64% conversion through a 1.5 mm chicken‐skin barrier (vs. < 10% for blue light alone), together with outstanding spatiotemporal controllability, chain‐end fidelity, and reusability.

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