催化剂在化学反应中发挥着重要作用，然而残留在产物中的催化剂往往需经过复杂的纯化步骤除去，这一直是催化领域面临的重大挑战之一。近期，中国科学院长春应用化学研究所王献红、刘顺杰团队受自然界中生物自牺牲行为的启发，提出自牺牲光催化剂的概念。作为概念验证，作者以卟啉铝催化二氧化碳与环氧化物调聚反应制备二氧化碳基多元醇为研究模型（图1），实现了催化剂在二氧化碳氛围下高效光热聚合、空气氛围下原位脱色的目标。

图1 二氧化碳基多元醇的光热聚合制备与原位脱色

图2 单分子卟啉铝与主链型高分子卟啉铝的对照

  本工作核心点在于自牺牲光催化剂的构筑。卟啉具有18-π电子共轭的结构，不仅可通过非辐射跃迁实现高的光热转化效率，用于促进二氧化碳与环氧化物共聚反应（ACS Macro Lett 2022, 11, 941-947；Acta Polym. Sin. 2025, 56, 1954-1964）；还可通过系间穿越将氧气转化为活性氧（ROS），从而介导卟啉的光降解。然而，单分子卟啉面临着催化效率低、光稳定性差的缺点，如何使催化剂兼具高催化性能与高稳定性、又能在实现功能后按需光降解仍是本工作的难点。作者在前期高分子卟啉铝的系统研究工作上（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202305186; ACS Catal. 2019, 9, 8669-8676；ACS Catal. 2023, 13, 15116-15125；CCS Chem. 2023, 5, 750-760；Chin. Chem. Lett. 2023, 34, 108630；Macromolecules 2024, 57, 150-161；Chin. J. Chem . 2024, 42, 2599-2606），提出主链型高分子卟啉铝的设计策略（图2）。与单分子卟啉铝相比（M-Cat），高分子卟啉铝（P-Cat）具有更强的金属-金属协同作用（提升催化性能的关键）、更高光热转化效率（维持体系温度）和更佳的光稳定性（更持久地发挥作用）。

图3 高分子卟啉铝（P-Cat）催化二氧化碳与环氧丙烷的光热聚合

  本工作设计的高分子卟啉铝可高效催化二氧化碳与环氧丙烷的光热聚合（图3）。催化剂不仅具备极低浓度耐受性（<0.025 mol%），还具备高的质子耐受性，可制备窄分布（PDI<1.08）的超低分子量（<1000 g/mol）多元醇，且实际分子量与理论分子量接近。

图4 高分子卟啉铝的光降解研究

  作者发现，光照与氧气是高分子卟啉铝的发生光解的必要条件。通过探针分子，作者发现体系中产生了超氧自由基（O₂^??）、单线态氧（¹O₂）、羟基自由基（?OH）等活性氧物种，并通过淬灭剂确认O₂^??是导致卟啉铝发生光降解的关键。

图5 光热聚合与原位脱色验证

  最后，作者对高分子卟啉铝的光热聚合与原位脱色设计进行验证（图5）。在高分子卟啉铝成功催化制备二氧化碳基多元醇后，仅需简单的气体切换，将体系敞口接触空气，即可实现产物的原位脱色，并且该脱色过程不影响多元醇产物的品质。

  该工作以“Self-Sacrificing Photocatalyst Enables Polymer Synthesis and In Situ Decolorization”为题发表在《Macromolecules》上。课题组周浩博士、廖灿博士、陈佩博士为文章的共同一作。该研究得到国家自然科学基金委的支持。

  原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.6c00725