Une équipe de chercheurs de l'Université d'État de Caroline du Nord a démontré un moyen d'utiliser une faible consommation d'énergie, lumière visible pour produire des objets en gel polymère à partir de solutions de monomères purs. Le travail pose non seulement une solution potentielle aux défis actuels de la production de ces matériaux, il met également en lumière les façons dont les photons de faible énergie peuvent se combiner pour produire des états excités de haute énergie.

Les produits polymères, principalement les plastiques, sont utilisés dans tout, des bouteilles d'eau aux applications médicales, des milliards de livres de ces matériaux étant produits chaque année. Certains polymères peuvent être produits via un processus appelé polymérisation radicalaire, dans laquelle une solution de monomère est exposée à la lumière ultraviolette (UV). La haute énergie de la lumière UV permet la réaction, former le polymère. Les avantages de cette méthode incluent moins de sous-produits de déchets chimiques et moins d'impact sur l'environnement.

Cependant, cette méthode n'est pas sans inconvénients. La lumière UV à haute énergie utilisée pour générer ces polymères peut également dégrader les plastiques et ne convient pas à la production de certains matériaux.

Félix N. Castellano, Goodnight Innovation Distinguished Chair of Chemistry à NC State, avait précédemment montré qu'il était possible de combiner les états excités de molécules d'énergie inférieure pour obtenir des états excités plus puissants. Dans une nouvelle contribution, Castellano et son équipe ont appliqué un processus appelé annihilation triplet-triplet homomoléculaire à la production de polymères, en utilisant une lumière jaune ou verte à faible énergie pour créer des gels polymères.

L'équipe a dissous le zinc (II) méso-tétraphénylporphyrine (ZnTPP) dans deux monomères purs différents - le triacrylate de triméthylolpropane (TMPTA) et l'acrylate de méthyle (MA) - puis a exposé les solutions à la lumière jaune. L'énergie de la lumière crée les triplets homomoléculaires dans le ZnTPP, et quand ces triplés se combinent, ils créent un état excité S2 de très courte durée qui a suffisamment d'énergie pour alimenter le processus de polymérisation.

"Alors que les triplets ont une durée de vie vraiment longue en termes chimiques - ils vivent pendant des millisecondes - l'état excité S2 ne vit que pendant des picosecondes, ce qui est neuf ordres de grandeur de moins, " dit Castellano. " L'une des facettes importantes de ce travail est de démontrer que si vous avez un liquide pur, vous pouvez utiliser ce puissant, état excité de courte durée pour faciliter les transformations importantes. Le liquide pur garantit que les électrons sont transférés efficacement."

L'équipe a effectué une analyse spectroscopique de la solution, établir l'existence de l'état excité S2 en présence de lumière jaune et verte. « Nous avons utilisé le ZnTPP car il vous permet de voir l'émission de lumière à partir de deux états excités différents et nous avons pu faire la différence entre les états d'énergie inférieure S1 et les états d'énergie supérieure S2, " dit Castellano. "Nous savons que la formation de polymère est un résultat direct de l'état excité S2, mais nous pouvons aussi montrer que c'est ce qui se passe par spectroscopie."

L'œuvre apparaît en ligne dans Chimie .