電化學方式可改進聚合反應過程

　　據美國物理學家組織網報道，美國科學家在近日出版的《科學》雜志上撰文指出，通過在原子轉移自由基聚合（ATRP）過程中向其施加電力，可以更精準地控制整個過程，這種更環保的電化學方法有望生產出具有專門用途的更復雜材料。

　　ATRP技術由卡內基—梅隆大學化學家克里斯托弗·馬提亞斯茲維斯基于1995年發明，是一種普遍采用的加工方法。該技術能將單體（monomer）快速地聚合成所需的聚合物，被廣泛運用于制造塑料、皮革、化妝品等特種聚合物以及可隨溫度、壓力、光線等環境變化的“智能”材料。

　　馬提亞斯茲維斯基團隊在實驗中使用計算機控制的電池對ATRP反應施加電力，使其升級為一個電化學介導的ATRP（eATRP）反應。馬提亞斯茲維斯基指出，這是首次讓ATRP過程和電化學反應成功“聯姻”，通過調整電流和電壓，能按需讓eATRP過程開始或結束，加速或減速，這種對反應更加精準的控制能力有助于生產出更好更專業的材料。

　　傳統ATRP反應過程依靠兩種銅催化劑（活化劑CuI和減活化劑CuII）之間的氧化還原反應來進行，這兩種催化劑之間會相互交換電子。但其中的一種交換偶爾會自動停止，這種被稱為自由基終止的情況會導致CuII積聚在一起。為了讓該聚合反應能繼續進行，科學家必須抵消過量的CuII，讓整個系統重新達到平衡。

　　以前，科學家通過朝該系統添加更多CuI來抵消過量的CuII，但這樣會使聚合物中銅的濃度過高，現有的工業設備很難將這種高濃度銅移除。馬提亞斯茲維斯基和同事后來使用活化劑和還原劑來重新激活CuII，并發現糖或維生素C等還原劑在減少ATRP反應中出現的過量銅方面表現良好。

　　馬提亞斯茲維斯基團隊這次的新方法則使用電化學來維持ATRP反應中銅的平衡。他們發現，施加電力能讓轉移電子的數量水平適中，ATRP反應中不再出現自由基終止，CuII的積聚量減少了100倍。整個過程非常環保，效率與在反應中使用維生素C和糖作還原劑一樣高，而且該反應不需要額外的有機或無機還原劑。

　　研究人員使用eATRP過程制造出了ATRP過程已經制造出的標準聚合物，精確控制eATRP過程有望研制出更復雜的聚合物結構。