Katalysatorväxlingsstrategi är nyckelsteget i produktionen av en fyrkomponents kristallin tetrablockkvartpolymer.

Genom att jonglera med fyra olika kemiska reaktioner i en enda kolv, forskare vid KAUST har kombinerat fyra polymerer för att bilda en enda multikristallin substans. Material som sömlöst kombinerar flera polymerer kombinerar potentiellt de bästa aspekterna av varje material.

Det mångsidiga nya tillvägagångssättet för att skapa dessa "multikristallina multiblockpolymerer, " utvecklad av Nikos Hadjichristidis från KAUST Catalysis Center och hans team, i samarbete med Yves Gnanou, kan leda till en helt ny familj av avancerade polymermaterial.

Polymerer är långkedjiga molekyler som tillverkas genom att sammankoppla små molekylära "monomera enheter, "som en sträng av identiska pärlor på ett halsband. Nyligen, forskare har utvecklat sätt att göra "dubbelkristallina" sampolymerer där en del av kedjan är gjord av en sorts monomer och den andra delen är gjord av en annan. "Dubbelkristallina blocksampolymerer har otaliga tillämpningar, till exempel för energilagring, vävnadsteknik och läkemedelsleverans, säger Viko Ladelta, en medlem av Hadjichristidis team.

Att lägga till ett ännu större antal olika polymersektioner har potential att producera material med ännu mer avancerade egenskaper. "Men de syntetiska procedurerna är mycket krävande, " Ladelta förklarar. "Det var svårt att utföra ens syntesen av dubbelkristallina blocksampolymerer, på grund av inkompatibiliteten hos monomererna och katalysatorerna." Att tillverka material som innehåller fyra olika monomerer i fyra kemiskt olika block - tetrakristallina tetrablockkvartpolymerer - leder till ännu större inkompatibilitet.

Hadjichristidis och hans team har utvecklat ett trick, kallas katalysatorväxling, för att hjälpa till att övervinna inkompatibilitetsproblemet. De flesta organiska katalysatorer som används för en polymerbildande reaktion, kallad ringöppningspolymerisation, är antingen syror eller baser. Genom att lägga till en typ av monomer till polymerkedjan under grundläggande förhållanden, sedan justera pH och använda en andra katalysator för att lägga till nästa monomer, det är möjligt att skapa flerblockspolymerer i en enda reaktionskärl. "Denna strategi sparar tid och undviker också risken för eventuell kontaminering av polymeren, " säger Ladelta.

Hadjichristidis grupp har tidigare använt katalysatorväxling mellan organiska katalysatorer för att skapa dubbelkristallina och trippelkristallina polymerer. Nu, för första gången, teamet har visat att det är möjligt att justera pH, byt sedan från en organisk till en metallkatalysator, för att göra en tetrakristallin tetrasegmentkvartpolymer.

"Vår plan är att utöka omfattningen av katalysatorbytestrategin till andra typer av polymerisation, " Ladelta säger. "Vi kommer att syntetisera mer komplexa multikristallina polymerer och samarbeta med polymerfysiker för att förstå de fysikaliska egenskaperna för att vägleda oss mot verkliga tillämpningar."