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电化学方式可改进聚合反应过程

上一篇 / 下一篇  2011-04-12 15:00:30

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  据美国物理学家组织网报道,美国科学在近日出版的《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。


TAG: 电化学

 

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