Een team van onderzoekers van de North Carolina State University heeft een manier aangetoond om energiezuinige, zichtbaar licht om polymeergelobjecten te produceren uit pure monomeeroplossingen. Het werk biedt niet alleen een mogelijke oplossing voor de huidige uitdagingen bij het produceren van deze materialen, het werpt ook meer licht op de manieren waarop fotonen met lage energie kunnen combineren om aangeslagen toestanden met hoge energie te produceren.

Polymeerproducten, voornamelijk kunststoffen, worden in alles gebruikt, van waterflessen tot medische toepassingen, met miljarden ponden van deze materialen die jaarlijks worden geproduceerd. Geselecteerde polymeren kunnen worden geproduceerd via een proces dat vrije-radicaalpolymerisatie wordt genoemd, waarin een monomeeroplossing wordt blootgesteld aan ultraviolet (UV) licht. De hoge energie van UV-licht maakt de reactie mogelijk, het vormen van het polymeer. De voordelen van deze methode zijn onder meer minder bijproducten van chemisch afval en minder impact op het milieu.

Echter, deze methode is niet zonder nadelen. Het hoogenergetische UV-licht dat wordt gebruikt bij het genereren van deze polymeren kan ook kunststoffen afbreken en is ongeschikt voor de productie van bepaalde materialen.

Felix N. Castellano, Goodnight Innovation Distinguished Chair of Chemistry bij NC State, had eerder aangetoond dat het mogelijk was om de aangeslagen toestanden van lagere energiemoleculen te combineren om krachtigere aangeslagen toestanden te bereiken. In een nieuwe bijdrage Castellano en zijn team pasten een proces toe - homomoleculaire triplet-triplet-annihilatie genaamd - op de productie van polymeren, door geel of groen licht met een lagere energie te gebruiken om polymeergels te maken.

Het team loste zink (II) meso-tetrafenylporfyrine (ZnTPP) op in twee verschillende zuivere monomeren - trimethylolpropaantriacrylaat (TMPTA) en methylacrylaat (MA) - en stelde de oplossingen vervolgens bloot aan geel licht. Energie uit het licht creëert de homomoleculaire tripletten in ZnTPP, en als die drieling samenkomt, ze creëren een extreem kortstondige S2-aangeslagen toestand die voldoende energie heeft om het polymerisatieproces aan te drijven.

"Terwijl drielingen in chemische termen heel lang leven - ze leven milliseconden - leeft de aangeslagen toestand van S2 slechts picoseconden, dat is negen ordes van grootte minder, Castellano zegt. "Een van de belangrijke facetten van dit werk is om aan te tonen dat als je een pure vloeistof hebt, je deze krachtige, kortstondige aangeslagen toestand om belangrijke transformaties te vergemakkelijken. De nette vloeistof zorgt ervoor dat elektronen efficiënt worden overgedragen."

Het team voerde spectroscopische analyse van de oplossing uit, vaststelling van het bestaan ​​van de aangeslagen toestand S2 in aanwezigheid van geel en groen licht. "We gebruikten ZnTPP omdat je hiermee de lichtemissie van twee verschillende aangeslagen toestanden kunt zien en we konden onderscheid maken tussen lagere energie S1 en hogere energie S2 toestanden, "zegt Castellano. "We weten dat de vorming van polymeren een direct gevolg is van de aangeslagen toestand van S2, maar we kunnen ook laten zien dat dit spectroscopisch gebeurt."

Het werk verschijnt online in Chemo .