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未来自降调聚合物的未来

由于它们的光电性能,共轭聚合物在柔性电子,有机发光技术和有机光伏中起着至关重要的作用。然而,这些特种聚合物与商品塑料相同的降解和回收问题。中国华中科技大学的科学家最近创造了一种共轭聚合物,在暴露在空气和阳光下时一周内欧洲杯线上买球完全降解。

聚合物,self-degrading

图片来源:IU Liquid and water photo/Shutterstock.com

在过去的几十年里,聚合物的不断增加的使用支持了许多经济部门的快速经济增长。由于其轻量化和易于调节的特性,聚合物材料被广泛应用于各种不同的应用领域,如汽车工业、包装和消费品制造。欧洲杯足球竞彩

在现代经济中塑料的使用,预计到2040年从目前的水平翻一番,每年达到了惊人的8亿吨随着垃圾填埋场和焚烧不再被视为可行的选择塑料结束生命治疗循环经济,聚合物回收,物料回收和可回收性变得至关重要,以尽量减少工业塑料对环境的影响。

自降解聚合物减少塑料垃圾

现代高分子材料的耐久性和稳定性是环境面临的主要问题。欧洲杯足球竞彩与纤维素、甲壳素等多种生物材料相比,聚合物不易被微生欧洲杯足球竞彩物分解,造成严重的环境污染。大的塑料碎片可能被动物摄入,而微和纳米塑料存在于我们周围,危害人类和生态系统健康。

而机械和化学回收,如溶剂分解(治疗与溶剂和试剂有致解聚的聚合物)和热解,正在利用在工业规模上,生物化学和光化学聚合物降解和再循环的可能性保持相对未知。

在不留下碎片或有害产品的情况下,以环境友好的方式开发消费后聚合物的降解和升级回收策略,已成为过去十年众多工业和学术研究团体的焦点。

揭示共轭聚合物的潜力

华中科技大学的科学家武汉,由梁罗和本仲堂领导,最近创造了一种新型的自降级共轭聚欧洲杯线上买球合物,当暴露于阳光和空气时迅速分解,没有任何留在环境中的微量碎片。

当受到电流(电致变色行为)良好的热稳定性,高导电性,和可逆的颜色变化 - 共轭聚合物表现出类似的无机半导体的光学和电学性质。

共轭碳链由交替的单键和双键组成,其中高度离域的π-键(由相邻碳原子上的p轨道重叠形成)决定了材料的电学和光学性质。离域电子被聚合物主链上的所有碳原子所共享,并成为导电的电荷载体。典型的导电聚合物包括聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等。

结合与常规聚合物相关的有吸引力的性质,例如易于加工性,低成本和轻质,共轭聚合物的独特光学和电性能将其借给快速扩展的应用范围,包括:

  • 电致变色器件
  • 有机电致发光二极管
  • 电池
  • 超级电容器
  • 光伏电池
  • 可穿戴电子产品

聚合物拐进琥珀酸

最初,罗教授和他的合作者正在开发一种pH敏感的色彩变化的共轭聚合物,用于化学传感应用。它们产生的化合物之一是可溶性多二乙炔衍生物,其具有短的羧基侧链,称为PDDA。

多二乙烯是最早发现的共轭聚合物之一,其具有由双和三碳 - 碳键组成的共轭主链。由中国科学家创造的材料是一种柔性塑料,由于其高度π缀合的骨干链而具有深红色。当材料在黑暗中或惰性气氛(氮气下)时,研究人员确定PDDA独特的光电子特征保持不变,从而验证材料在有机电子应用中的潜在用途。

引人注目的是,当一块PDDA薄膜浸入到水中,当暴露在阳光下,最后一个星期内消失聚合物膜粉碎成小碎片迅速。当PDDA浸渍在弱酸性溶液中,照射通过人工白光发生类似降解。塑料膜迅速解体,并且该材料的天然红色褪色,表明共轭主链的解聚。

为了实时跟踪PDDA分子结构的变化,研究人员在降解过程的不同阶段进行了一套全面的光谱和核磁共振(NMR)测量。结果表明,降解塑料的分子量(分解成较小碎片的聚合物链)的迅速下降,而大多数最终降解产物(超过60%)是琥珀酸,没有痕迹对环境有害的微塑料解决方案。琥珀酸是一种天然存在的化合物,可在制药和食品工业中在商业上卷曲。

近理想的塑料自我降解的阳光和氧气

When analyzed the experimental data further, Prof. Luo's team concluded that the cause for the PDDA degradation is a photo-oxidative process, where absorbed sunlight breaks the polymer’s double- and triple-bonds along the backbone chain, unlike other self-degrading polymers that typically rely on hydrolysis of ester or amide bonds.

罗教授强调,在聚合物降解过程中,只有20%的碳原子损失,这预示着升级回收过程的良好经济效益。

重要的是,该共轭的π电子骨架链似乎促进光化学活性氧产生的,而不需要用于光增感色素或其它有害的添加剂的聚合物。

研究人员希望他们可以在其他广泛使用的共轭聚合物中建立类似的光氧化降解过程。他们的目标是开发一种在自然环境中的环境条件下降解消费后共轭聚合物的通用策略。

参考资料及进一步阅读

S.田,et al。(2021)在空气中利用阳光将共轭聚合物完全降解为绿色升级回收产品。j。化学。Soc。143,27。https://doi.org/10.1021/jacs.1c04611

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写的

Cvetelin Vasilev

Cvetelin Vasilev在物理学中拥有学位和博士学位,并在谢菲尔德大学追求职业生物物理学家。拥有20多年的经验作为研究科学家,他是应用先进显微镜和光谱技术的专家,以更好地了解“软”复杂系统的组织。Cvetelin在聚合物科学,生物物理学,纳米制剂和纳米双相酚酚的同行评审期刊中有超过40个出版物(H-Index 17)。欧洲杯线上买球

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