Forskere opdager ny fotoaktiveringsmekanisme til polymerproduktion

Et team af forskere fra North Carolina State University har demonstreret en måde at bruge lavenergi på, synligt lys til fremstilling af polymergelobjekter fra rene monomeropløsninger. Arbejdet udgør ikke kun en potentiel løsning på aktuelle udfordringer med at producere disse materialer, det kaster også yderligere lys over de måder, hvorpå lavenergifotoner kan kombineres for at producere højenergiexciterede tilstande.

Polymerprodukter - primært plastik - bruges i alt fra vandflasker til medicinske applikationer, med milliarder af pund af disse materialer, der produceres årligt. Udvalgte polymerer kan fremstilles via en proces kaldet fri radikal polymerisation, hvor en monomeropløsning udsættes for ultraviolet (UV) lys. Den høje energi af UV-lys muliggør reaktionen, danner polymeren. Fordelene ved denne metode inkluderer færre kemiske affaldsbiprodukter og mindre miljøbelastning.

Imidlertid, denne metode er ikke uden ulemper. Det højenergi-UV-lys, der bruges til at generere disse polymerer, kan også nedbryde plast og er uegnet til fremstilling af visse materialer.

Felix N. Castellano, Goodnight Innovation Distinguished Chair of Chemistry ved NC State, havde tidligere vist, at det var muligt at kombinere lavere energimolekylers exciterede tilstande for at opnå mere potente exciterede tilstande. I et nyt bidrag, Castellano og hans team anvendte en proces - kaldet homomolekylær triplet-triplet annihilation - til polymerproduktion, ved at bruge gult eller grønt lys med lavere energi til at skabe polymergeler.

Holdet opløste zink(II) meso-tetraphenylporphyrin (ZnTPP) i to forskellige rene monomerer - trimethylolpropantriacrylat (TMPTA) og methylacrylat (MA) - og udsatte derefter opløsningerne for gult lys. Energi fra lyset skaber de homomolekylære tripletter i ZnTPP, og når disse trillinger kombineres, de skaber en ekstremt kortvarig S2 exciteret tilstand, der har nok energi til at drive polymerisationsprocessen.

"Mens trillinger virkelig lever længe i kemiske termer - de lever i millisekunder - lever den exciterede S2-tilstand kun i picosekunder, hvilket er ni størrelsesordener mindre, " siger Castellano. "En af de vigtige facetter af dette arbejde er at demonstrere, at hvis du har en ren væske, kan du bruge denne potente, kortvarig ophidset tilstand for at lette vigtige transformationer. Den pæne væske sikrer, at elektroner overføres effektivt."

Holdet udførte spektroskopisk analyse af opløsningen, at fastslå eksistensen af ​​den exciterede S2-tilstand i nærvær af gult og grønt lys. "Vi brugte ZnTPP, fordi det giver dig mulighed for at se lysemission fra to forskellige exciterede tilstande, og vi kunne skelne mellem lavere energi S1 og højere energi S2 tilstande, " siger Castellano. "Vi ved, at polymerdannelse er et direkte resultat af den exciterede S2-tilstand, men vi kan også vise, at det er det, der sker spektroskopisk."

Værket vises online i Chem .