Un team di ricercatori della North Carolina State University ha dimostrato un modo per utilizzare bassa energia, luce visibile per produrre oggetti in gel polimerico da soluzioni monomeriche pure. Il lavoro non solo rappresenta una potenziale soluzione alle sfide attuali nella produzione di questi materiali, getta inoltre ulteriore luce sui modi in cui i fotoni a bassa energia possono combinarsi per produrre stati eccitati ad alta energia.

I prodotti polimerici, principalmente plastica, sono utilizzati in tutto, dalle bottiglie d'acqua alle applicazioni mediche, con miliardi di libbre di questi materiali prodotti ogni anno. I polimeri selezionati possono essere prodotti tramite un processo chiamato polimerizzazione a radicali liberi, in cui una soluzione monomerica è esposta alla luce ultravioletta (UV). L'elevata energia della luce UV consente la reazione, formare il polimero. I vantaggi di questo metodo includono un minor numero di sottoprodotti di scarto chimico e un minore impatto ambientale.

Però, questo metodo non è privo di inconvenienti. La luce UV ad alta energia utilizzata nella generazione di questi polimeri può anche degradare la plastica e non è adatta per la produzione di determinati materiali.

Felix N. Castellano, Goodnight Innovation Distinguished Chair of Chemistry presso NC State, aveva precedentemente dimostrato che era possibile combinare stati eccitati di molecole di energia inferiore per ottenere stati eccitati più potenti. In un nuovo contributo, Castellano e il suo team hanno applicato un processo, chiamato annichilazione omomolecolare tripletta-tripletta, alla produzione di polimeri, utilizzando una luce gialla o verde a energia inferiore per creare gel polimerici.

Il team ha sciolto lo zinco (II) meso-tetrafenilporfirina (ZnTPP) in due diversi monomeri puri, trimetilolpropano triacrilato (TMPTA) e metil acrilato (MA), quindi ha esposto le soluzioni alla luce gialla. L'energia della luce crea le triplette omomolecolari in ZnTPP, e quando quelle terzine si combinano, creano uno stato eccitato S2 di durata estremamente breve che ha energia sufficiente per alimentare il processo di polimerizzazione.

"Mentre le triplette sono davvero longeve in termini chimici - vivono per millisecondi - lo stato eccitato S2 vive solo per picosecondi, che è di nove ordini di grandezza in meno, " Dice Castellano. "Uno degli aspetti importanti di questo lavoro è dimostrare che se hai un liquido puro puoi utilizzare questo potente, stato eccitato di breve durata per facilitare importanti trasformazioni. Il liquido pulito assicura che gli elettroni vengano trasferiti in modo efficiente."

Il team ha condotto un'analisi spettroscopica della soluzione, stabilire l'esistenza dello stato eccitato S2 in presenza di luce gialla e verde. "Abbiamo usato ZnTPP perché consente di vedere l'emissione di luce da due diversi stati eccitati e potremmo distinguere tra stati S1 a energia inferiore e stati S2 a energia superiore, " dice Castellano. "Sappiamo che la formazione del polimero è un risultato diretto dello stato eccitato S2, ma possiamo anche dimostrare che è ciò che accade spettroscopicamente".

L'opera appare online in chimica .