Un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte ha demostrado una forma de utilizar luz visible para producir objetos de gel de polímero a partir de soluciones de monómero puro. El trabajo no solo plantea una solución potencial a los desafíos actuales en la producción de estos materiales, también arroja más luz sobre las formas en que los fotones de baja energía pueden combinarse para producir estados excitados de alta energía.

Los productos poliméricos, principalmente plásticos, se utilizan en todo, desde botellas de agua hasta aplicaciones médicas, con miles de millones de libras de estos materiales que se producen anualmente. Se pueden producir polímeros seleccionados mediante un proceso llamado polimerización por radicales libres, en el que una solución de monómero se expone a luz ultravioleta (UV). La alta energía de la luz ultravioleta permite la reacción, formando el polímero. Las ventajas de este método incluyen menos subproductos de desechos químicos y un menor impacto ambiental.

Sin embargo, este método no está exento de inconvenientes. La luz ultravioleta de alta energía utilizada para generar estos polímeros también puede degradar los plásticos y no es adecuada para producir ciertos materiales.

Felix N. Castellano, Goodnight Innovation Distinguished Chair of Chemistry en NC State, había demostrado previamente que era posible combinar estados excitados de moléculas de menor energía para lograr estados excitados más potentes. En una nueva contribución, Castellano y su equipo aplicaron un proceso, llamado aniquilación de triplete-triplete homomolecular, a la producción de polímeros, mediante el uso de luz amarilla o verde de menor energía para crear geles poliméricos.

El equipo disolvió meso-tetrafenilporfirina de zinc (II) (ZnTPP) en dos monómeros puros diferentes, triacrilato de trimetilolpropano (TMPTA) y acrilato de metilo (MA), y luego expuso las soluciones a luz amarilla. La energía de la luz crea los tripletes homomoleculares en ZnTPP, y cuando esos trillizos se combinan, crean un estado de excitación S2 de duración extremadamente corta que tiene suficiente energía para impulsar el proceso de polimerización.

"Si bien los trillizos tienen una vida muy larga en términos químicos, viven durante milisegundos, el estado de excitación S2 solo vive durante picosegundos, que es nueve órdenes de magnitud menos, "Dice Castellano." Una de las facetas importantes de este trabajo es demostrar que si tienes un líquido puro puedes utilizar este potente, estado excitado de corta duración para facilitar transformaciones importantes. El líquido puro asegura que los electrones se transfieran de manera eficiente ".

El equipo realizó un análisis espectroscópico de la solución, estableciendo la existencia del estado excitado S2 en presencia de luz amarilla y verde. "Usamos ZnTPP porque le permite ver la emisión de luz de dos estados excitados diferentes y pudimos diferenciar entre estados de menor energía S1 y estados de mayor energía S2, ", Dice Castellano." Sabemos que la formación de polímeros es un resultado directo del estado excitado S2, pero también podemos demostrar que eso es lo que sucede espectroscópicamente ".

La obra aparece online en Chem .