Полимерные продукты – в первую очередь пластмассы – используются во всем, от бутылок для воды до медицинских применений, при этом ежегодно производятся миллиарды фунтов этих материалов. Избранные полимеры можно производить с помощью процесса, называемого свободнорадикальной полимеризацией, при котором раствор мономера подвергается воздействию ультрафиолетового (УФ) света.
Высокая энергия ультрафиолетового света способствует реакции, образуя полимер. Преимущества этого метода заключаются в меньшем количестве побочных химических отходов и меньшем воздействии на окружающую среду.
Однако этот метод не лишен недостатков. Ультрафиолетовый свет высокой энергии, используемый для производства этих полимеров, также может разрушать пластмассы и не подходит для производства некоторых материалов.
Феликс Н. Кастеллано, заслуженный председатель химии Goodnight Innovation в штате Северная Каролина, ранее показал, что можно комбинировать возбужденные состояния молекул с более низкой энергией для достижения более сильных возбужденных состояний.
В своей новой работе Кастеллано и его команда применили процесс, называемый гомомолекулярной триплет-триплетной аннигиляцией, для производства полимеров, используя желтый или зеленый свет с меньшей энергией для создания полимерных гелей.
Команда растворила мезо-тетрафенилпорфирин цинка (II) (ZnTPP) в двух разных чистых мономерах – триметилолпропантриакрилат (TMPTA) и метилакрилат (MA), а затем выставила растворы на желтый свет. Энергия света создает гомомолекулярные триплеты в ZnTPP, и когда эти триплеты объединяются, они создают чрезвычайно короткоживущее возбужденное состояние S2, которое имеет достаточно энергии для обеспечения процесса полимеризации.
«Хотя триплеты действительно долгоживущи с химической точки зрения – они живут миллисекунды, – возбужденное состояние S2 живет только пикосекунды, что на девять порядков меньше», – говорит Кастеллано. «Одним из важных аспектов этой работы является демонстрация того, что если у вас есть чистая жидкость, вы можете использовать это мощное, короткоживущее возбужденное состояние для облегчения важных преобразований.
Чистая жидкость обеспечивает эффективный перенос электронов."
Команда провела спектроскопический анализ раствора, установив наличие возбужденного состояния S2 в присутствии желтого и зеленого света. «Мы использовали ZnTPP, потому что он позволяет видеть излучение света из двух разных возбужденных состояний, и мы можем различать состояния S1 с более низкой энергией и состояния S2 с более высокой энергией», – говорит Кастеллано. «Мы знаем, что образование полимера является прямым результатом возбужденного состояния S2, но мы также можем показать, что это происходит с помощью спектроскопии."