对甲苯磺酸引领新材料革命

对甲苯磺酸引领新材料革命

近日，东南大学生物科学与医学工程学院顾忠泽教授与南京大学化学与化工学院谢劲教授、韩杰副研究员团队合作，在亚微米精度导电聚合物三维复杂结构的3D打印方面取得重要进展。相关成果以《导电聚合物的光聚合与3D打印》（Photoinduced double hydrogen atom transfer for polymerization and 3D printing of conductive polymer）为题在国际顶级期刊Nature Synthesis上在线发表。

这一突破性研究中，对甲苯磺酸（TsOH）作为掺杂剂发挥了关键作用。研究团队开发了一种基于时空可控光诱导氢原子转移（HAT）反应的导电聚合物光聚合方法，成功实现了亚微米精度的三维导电结构打印。这一创新解决了传统3D打印技术在导电聚合物应用中的局限性，为生物电子设备和器官芯片技术的发展提供了新的可能性。

对甲苯磺酸（p-Toluenesulfonic acid，简称PTS，也写作TsOH）是一种有机强酸，化学式为C7H8O3S，分子量为172.202。它具有白色针状或粉末结晶的外观，易潮解，可溶于水、醇和其他极性溶剂。其熔点为106 至 107 ℃，沸点为140 ℃(20 MM HG)，密度为1.24 g/cm³。最引人注目的是，它的酸性是苯甲酸的一千万倍，pKa = -2.8，这赋予了它强大的催化活性。

在新材料领域，对甲苯磺酸展现出广阔的应用前景。除了在导电聚合物3D打印中的创新应用，它还在纳米纤维素的制备中发挥着重要作用。研究表明，对甲苯磺酸可用于脱木素过程，通过超声波辅助催化水解纸浆制备纳米纤维素晶体。这种新型制备方法不仅提高了效率，还降低了环境污染，为生物质精炼和纳米材料制备提供了新的途径。

对甲苯磺酸作为催化剂的优势显著。与传统催化剂相比，它具有更低的成本、更低的腐蚀性，并且更加环保。这些特点使其在化学工业中备受青睐，特别是在合成医药、农药、聚合反应的稳定剂及有机合成（酯类等）的催化剂领域。此外，它还被用作医药、涂料的中间体和树脂固化剂，以及在制取甲酚及医药（如制取强力霉素）、农药（制取三氯杀螨醇等）、染料和洗涤剂等工业中广泛应用。

尽管对甲苯磺酸具有诸多优点，但在使用时仍需谨慎。它具有中等毒性，对皮肤、眼睛和黏膜有刺激作用。大鼠经口LD50为2480 mg/kg，小鼠经口LD50为400 mg/kg。因此，在使用过程中，必须采取适当的安全措施，如佩戴防护装备，避免直接接触皮肤和眼睛，避免吸入其蒸汽或粉尘。储存时，应确保库房通风、低温、干燥，并与碱分开存放。在灭火时，消防人员须戴好防毒面具，在安全距离以外，在上风向灭火。可使用的灭火剂包括雾状水、泡沫、干粉、二氧化碳、砂土。

随着研究的深入和技术的进步，对甲苯磺酸在新材料领域的应用前景将更加广阔。它不仅推动了化学工业向更高效、更绿色的方向发展，还为新材料的研发和应用带来了新的机遇。未来，我们有望看到更多基于对甲苯磺酸的创新材料和技术涌现，为人类社会的可持续发展做出重要贡献。