将催化剂以串联的方式促进多步化学反应是材料绿色化学合成的一个令人振奋的新方向。纳米粒子（NP）催化剂由于具有不同的表面活性中心，特别适合串联反应。

有鉴于此，美国布朗大学孙守恒教授报道了AuPd合金NPs，特别是3.7 nm的Au₄₂Pd₅₈ NPs，催化甲酸、二异丙氧基二硝基苯和对苯二甲醛的一锅反应来合成聚苯并恶唑PBO的综合研究，该反应对于轻质结构材料和热机械应用具有化学稳定性。

文章要点

1）研究发现，前两步反应对于生成二氨基苯，下一步与对苯二甲醛反应生成pre-PBO至关重要，其本身是一个平衡反应，必须除去水分才能促进聚合。此外，避免硝基氨基苯的部分还原产物过早终止聚合同样至关重要。

2）研究了不同的AuPd NPs（尺寸分别为3.7、6.2、8.5和10.5 nm；组成分别为Au₂₉Pd₇₁、Au₄₂Pd₅₈、Au₅₄Pd₄₆和Au₆₅Pd₃₅）的催化性能，发现3.7 nm的Au₄₂Pd₅₈ NPs对一锅法合成分子量在5.8~19.1 kDa之间的pre-PBO的催化效果最好。pre-PBO可以通过简单的热退火过程转化为PBO。

3）所制备的11.0 kDa PBO薄膜具有显著的热稳定性（高达939 K）和较大的拉伸模量（高达11.4 Gpa），可与商用40 kDa Zylan薄膜（分别为923K和12.1 Gpa）相媲美。重要的是，PBO薄膜比商用Zylon更稳定，不会被水解。在沸水（或0.5%磷酸的沸腾水溶液）中浸泡1周后，11.0 kDa PBO在高达926 K（或865K）的温度下保持稳定，膜的初始拉伸模量仅损失4%（或24%）。同样的处理后，商品化的Zylon薄膜在767 K（或710 K）下分解，拉伸模量下降53%（或65%）。此外，当甲酸被硼氨取代时，6.8 nm纳米铜也能催化类似的反应生成9.5 kDa的PBO。

研究工作提供了一种新的NP催化的绿色化学合成具有高热稳定性和机械稳定性的刚性棒状聚合物的策略，这将是防弹纤维、阻燃/耐热涂层和分离膜应用中不可或缺的一部分。

参考文献

Mengqi Shen, et al, Nanoparticle-Catalyzed Green Chemistry Synthesis of Polybenzoxazole, J. Am. Chem. Soc, 2021

DOI: 10.1021/jacs.0c12488

https://dx.doi.org/10.1021/jacs.0c12488