Förgrenade polymerer, polymerer som ser ut som små trädgrenar, har betydande potential för vattenfiltrering, det biomedicinska området, nanoelektronik och andra tillämpningar. Forskare har nu kommit på ett bättre sätt att effektivt skapa dessa unika strukturer.

Under ledning av Mingjiang Zhongs labb, biträdande professor i kemi- och miljöteknik och kemi, publiceras studien nu i Chem .

Polymerer, som är gjorda av upprepade enheter av små molekyler för att bilda en större molekyl, har olika strukturer. Zhong fokuserar på att utveckla polymerer med grenar, eller sidokedjor, som bär sina egna grenar. En polymerstruktur med högre grad av förgrening gör att den har en högre funktionsdensitet utan att ta mer plats.

För några år sedan utvecklade Zhong en process för att tillverka dessa strukturer, även känd som dendritiska polymerer. Deras potential begränsades dock av den småskaliga och måttligt effektiva processen att syntetisera dem. Nu, med en kombination av mekanistiska experiment och datorsimuleringar, kan hans labb göra dem mer effektivt och med mer kontroll. Med denna process kan de utvecklas i en industrimiljö. Det är ett nödvändigt steg mot att ta dessa polymerer bortom grundläggande forskning och i användning för praktiska tillämpningar.

"Vi vill syntetisera välkontrollerade grenpolymerer eftersom vi vill efterlikna vissa biosystem som har mycket exakta strukturer", säger Mengxue Cao, doktorand i Zhongs labb och huvudförfattare till studien. "Vår metod kan garantera en kontrollerad polymerlängd och grennummer."

En stor del av arbetets framgång kom från att optimera metoden för att omvandla monomerer, de små molekylerna som utgör polymerer. Cao sa att de nu kan omvandla monomererna med tre gånger mer effektivitet.

Förutom att utföra laboratorieexperiment utvecklade forskarna kinetiska simuleringar, där de räknade in föreslagna data för att se "hur kan vi göra molekylen mer kontrollerad och hur vi potentiellt kan sänka katalysatorkoncentrationen."

Cao sa att med en skalbar process som utvecklats försöker labbet nu använda dessa unika material, kanske börja med vattenfiltrering.

"Vi har redan ett stort bibliotek av monomerer som vi vill polymerisera, vilket innebär att vi kan göra olika funktionella material med grenade strukturer, så nästa steg kan vara att sätta dessa saker i verkliga applikationer," sa hon. + Utforska vidare

Självbildande, lösningsmedelsfri supramolekylär polymersyntes