近日，海南大学化学工程与技术学院罗正鸿教授团队与刘钟馨教授团队合作在国际化学工程领域权威期刊《AIChE Journal》(美国化学工程师学会会刊)发表题为“Identifying the essential roles of light and sonication in dual-stimuli regulated bulk atom transfer radical polymerization by multiscale simulation”(通过多尺度模拟识别光和超声波在双外场调控本体原子转移自由基聚合中的重要作用)的研究论文。海南大学为第一单位，海南大学2021级博士研究生李燊为论文的第一作者，罗正鸿教授、刘钟馨教授和上海交通大学周寅宁教授为论文的共同通讯作者。

近年来，通过光化学、超声波和电化学等外部调控手段控制反应的进行得到学术圈的广泛关注。通过外部调控，可以实现对聚合反应的时空控制。深入研究外场的作用机制对于进一步优化反应配方及中试放大具有重要意义。对此，课题组采用量子化学计算(分子尺度)和聚合反应动力学模型(微观与宏观尺度)相结合的方法，以双外场调控本体原子转移自由基聚合体系为例，确定了光和超声外场对该模板体系的作用机制。在分子尺度上，通过TD-DFT(含时-密度泛函理论)方法确定光对Cu^Ⅱ催化剂的电子转移激发机制，确定了含过量氮配体(如，Me₆TREN)生成Cu^Ⅰ配合物的反应路径是最有利的，证明了铜活化/失活的机理遵循内球电子转移机制。在微观尺度上，基于矩量法建立反应动力学模型，通过基于自由体积理论的扩散模型研究了超声波对扩散限制的影响。模拟结果显示，高转化率下反应速率系数k_a、k_da和k_t的变化反映了超声波对扩散限制作用的程度。未来，拟通过动力学与反应器模型耦合进一步开展反应器宏观尺度的流场非均匀性对聚合物分子性质的影响和调控规律的研究。

该工作得到了国家自然科学基金(22222807, U21A20313)和上海市自然科学基金(20ZR1429800)的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1002/aic.18155