据美国物理学家组织网报道,美国科学家在近日出版的《科学》杂志上撰文指出,通过在原子转移自由基聚合(ATRP)过程中向其施加电力,可以更精准地控制整个过程,这种更环保的电化学方法有望生产出具有专门用途的更复杂材料。
ATRP技术由卡内基—梅隆大学化学家克里斯托弗·马提亚斯兹维斯基于1995年发明,是一种普遍采用的加工方法。该技术能将单体(monomer)快速地聚合成所需的聚合物,被广泛运用于制造塑料、皮革、化妆品等特种聚合物以及可随温度、压力、光线等环境变化的“智能”材料。
马提亚斯兹维斯基团队在实验中使用计算机控制的电池对ATRP反应施加电力,使其升级为一个电化学介导的ATRP(eATRP)反应。马提亚斯兹维斯基指出,这是首次让ATRP过程和电化学反应成功“联姻”,通过调整电流和电压,能按需让eATRP过程开始或结束,加速或减速,这种对反应更加精准的控制能力有助于生产出更好更专业的材料。
传统ATRP反应过程依靠两种铜催化剂(活化剂CuI和减活化剂CuII)之间的氧化还原反应来进行,这两种催化剂之间会相互交换电子。但其中的一种交换偶尔会自动停止,这种被称为自由基终止的情况会导致CuII积聚在一起。为了让该聚合反应能继续进行,科学家必须抵消过量的CuII,让整个系统重新达到平衡。
以前,科学家通过朝该系统添加更多CuI来抵消过量的CuII,但这样会使聚合物中铜的浓度过高,现有的工业设备很难将这种高浓度铜移除。马提亚斯兹维斯基和同事后来使用活化剂和还原剂来重新激活CuII,并发现糖或维生素C等还原剂在减少ATRP反应中出现的过量铜方面表现良好。
马提亚斯兹维斯基团队这次的新方法则使用电化学来维持ATRP反应中铜的平衡。他们发现,施加电力能让转移电子的数量水平适中,ATRP反应中不再出现自由基终止,CuII的积聚量减少了100倍。整个过程非常环保,效率与在反应中使用维生素C和糖作还原剂一样高,而且该反应不需要额外的有机或无机还原剂。
研究人员使用eATRP过程制造出了ATRP过程已经制造出的标准聚合物,精确控制eATRP过程有望研制出更复杂的聚合物结构。
- 大连工业大学王海松教授团队 Small:铜掺杂羟基氧化钴催化5-羟甲基糠醛高效电化学氧化 2025-06-01
- 东华大学廖耀祖/吕伟课题组 Chem. Sci.:铜介导双极性卟啉基CMP协同优化孔道结构与电化学活性用于高容量快充锂离子电池 2025-05-24
- 深大田雷课题组诚招博士生及博士后 - 高分子合成、有机合成、固态电池、电化学、理论计算、AI (长期有效) 2025-05-23
- 青科大王庆富、孙靖江团队 Macromolecules:水相Passerini三组分分散聚合反应制备聚酯微球 2025-05-20
- 四川大学朱剑波教授团队 Nat. Chem.:通过立体和序列控制聚合反应实现聚合物性能调控 2025-05-17
- 安理工王文新教授都柏林大学团队 SA:在逐步聚合反应基础理论领域的突破性研究成果 - 包含环化和官能团不等反应活性的逐步聚合模型 2025-05-15
- 苏州大学李刚教授、美国国家标准与技术研究院Wai Cheong Tam博士 IJBM:牙周组织生物大分子研究进展 2025-05-22