Efficiënte PET-RAFT-polymerisatie bereikt door gebruik te maken van kortegolf-infrarode CuInSe₂/CuInS₂-kwantumdots met lage toxiciteit

Foto-geïnduceerde elektron/energie-overdracht omkeerbare additie-fragmentatie keten-overdracht (PET-RAFT) polymerisatie maakt nauwkeurige lichtgecontroleerde polymeergroei mogelijk. Traditionele nabij-infraroodstrategieën zijn vaak afhankelijk van niet-lineaire optische processen zoals twee-fotonenabsorptie of foton-opconversie, die doorgaans laserexcitatie met hoge intensiteit vereisen.

Direct kortegolf infrarood (SWIR) lichtgestuurde PET-RAFT heeft duidelijke voordelen zoals hogere selectiviteit, diepere weefselpenetratie en potentiële toepassingen in driedimensionaal printen en transdermale polymerisatie. Efficiënte fotokatalysatoren die direct gebruik kunnen maken van SWIR-fotonen blijven echter zeldzaam.

Uit een onderzoek gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Societyheeft een team onder leiding van prof. Wu Kaifeng en prof. Du Jun van het Dalian Institute of Chemical Physics van de Chinese Academie van Wetenschappen, samen met prof. Cyrille Boyer van de Universiteit van New South Wales, levende radicaalpolymerisatie bereikt met behulp van koperindiumselenide met lage toxiciteit (CuInSe₂) kwantumstippen (QD’s), die de PET-RAFT-excitatie uitbreiden naar het SWIR-gebied bij 1.050 nm.

Onderzoekers synthetiseerden zeer lichtgevende CuInSe₂/CuInS₂ QD’s met een absorptiebegin verlengd tot 1.100 nm, en hybridiseerden ze met 4-Cyano-4- (dodecylsulfanylthiocarbonyl) sulfanylpentaanzuur als fotokatalysator. Onder excitatie van 1.050 nm veroorzaakte dit hybride systeem effectief de PET-RAFT-polymerisatie, waardoor een efficiënte polymerisatie door 3 mm biologisch weefsel werd bereikt.

Bovendien onthulden onderzoekers dat langlevende elektronen in ondiepe defecttoestanden in CuInSe₂ QD’s speelden een sleutelrol tijdens organische fotochemische reacties en vormden een leidraad voor de ontwikkeling van hoogwaardige SWIR-fotokatalysatoren.

“Met verdere optimalisatie van QD’s zou deze strategie efficiënte polymerisatie op nog langere golflengten mogelijk kunnen maken, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor SWIR-gedreven synthese van geavanceerde functionele polymeermaterialen”, aldus prof. Du.