Well-defined Amphiphilic Bottle Brush Star Block Copolymer Nanoreactor for Efficient Photooxidation Reaction

Abstract

감광제를 사용한 광산화반응은 환경 오염을 다루는 데 있어 유망한 방법으로 여겨지고 있다. 특히, 메탈로포르피린 (metalloporphyrin) 을 기반으로 한 3차원의 고분자는 광산화반응을 위한 잠재력을 가진 물질로 각광을 받고 있다. 따라서 본 연구에서는 고분자의 부드러운 특성 (softness) 에 의한 영향을 알아보기 위해 코어를 먼저 합성하는 고리 개환 복분해 중합반응 (core-first ring-opening metathesis polymerization (ROMP)) 을 통해 양친매성의 병솔 고분자를 가진 별 모양의 블록 공중합체 (amphiphilic bottle brush star block copolymer)를 합성하고자 하였다. 다기능화된 포르피린 (porphyrin) 코어와 거대 단량체 (macro-monomer)를 포함한 연속적인 ROMP를 통해 정제된 bottle brush star block copolymer를 합성할 수 있었다. 이에 더하여 이 논문에서는 이러한 bottle brush star block copolymer가 푸르푸랄 (furfural) 산화 반응에서 광산화반응을 위한 촉매로의 거동을 탐구하고자 하였다. Bottle brush polymer의 예외적인 softness 특성은 고분자 촉매의 광촉매 활성을 현저하게 증가시켰다. 게다가, 본 연구에서는 양친매성 블록 공중합체의 소수성 (hydrophobic) 비율의 영향을 탐구해보고자 하였다. 이 연구는 고분자 촉매 영역에서 분자 설계의 핵심적인 역할을 강조했으며 해당 bottle brush star polymer를 환경적으로 응용할 수 있는 유망한 물질로 정의하고자 하였다.|The photooxidation using a photosensitizer regarded as a promising method for addressing environmental pollution. In particular, metalloporphyrin based three dimensional polymers have particularly garnered significant attention as potential materials for photooxidation. Herein, we have synthesized amphiphilic bottle brush star block copolymers through a core-first ring-opening metathesis polymerization (ROMP) approach to investigate the effects of polymer softness. The sequential ROMP involving a multifunctional porphyrin core and macro-monomer has allowed us to create well-defined bottle brush star block copolymers. Moreover, we have explored these bottle brush star block copolymers as catalysts for photooxidation in the furfural oxidation. The exceptional softness feature of the bottle brush polymer has significantly enhanced the photocatalytic activity of these polymer catalysts. Additionally, we have delved into the influence of the hydrophobic ratio within these amphiphilic block copolymers. This research underscores the critical role of molecular design in polymer catalysts and positions these bottle brush star polymers as promising materials for environmental applications.