先进的显微镜测试60岁的乙烯聚合的机理

首次研究人员得到聚乙烯从简单的单体的逐步形成。他们实现这多亏了扫描隧道显微镜(STM),它提供了原子分辨率遵循传播的命运在催化剂表面聚合物链。实验证实了一个经典的反应机理提出了近60年前。

发现是偶然的,解释了作者凯吴从北京大学,中国。我们试过碳化铁因为它曾为类似…幸运的是它还催化乙烯聚合的反应,”他说。这个非常活跃的固体表面键反应的可视化,以及先进的STM技术。

图像显示单体的吸附,形成初始中间-亚乙基-和进步的聚合物链的增长。这提供了直接的机械Cossee-Arlman假说的证据,最早出版于1964年,它仍然难以捉摸,聚合物专家解释说克莱尔马洪来自英国杜伦大学。这表明聚合物链传播的单体插入metal-carbon债券,”她说。STM显示他们显然在催化剂表面。“[这是]非凡的聚合过程的图像,”她补充道。

这种机制,也称为配位聚合,支配Ziegler-Natta等传统催化过程。我们直接观察,链增长通过乙烯插入…没有任何额外的发起者,”吴解释道。虽然基本,这项研究可能有工业的影响。聚乙烯生产(经常)使用surface-supported催化剂…本文增强我们对聚合过程的理解,“马洪说。然而,吴仍持谨慎态度,类似的转换在液态和气态阶段可以遵循不同的途径——即自由基反应。

电影的分子和催化剂共同构成一个强大的工具来分辨可能途径,说乔·帕特森美国加州大学欧文分校。作为材料科学与电子显微镜专家,他理解的挑战从STM图像得出结论。“显然有受过训练的眼睛,对每个人都并不明显。因此,以确保记录每一步的高质量图像,研究人员进行了在室温下聚合。然后,照片和描述更难以捉摸的中间体,他们偶尔淬火反应,降低温度低于10 k。这“冻结”的过程保证更好的决议,”Wu说。

此外,显微镜工作者经常补充直接可视化计算模拟,帕特森说。”在这种情况下,研究人员利用DFT(进一步)看看乙烯的吸附表面上,”他补充道。我们也进行了STM图像仿真来确认结果,”吴解释道。团队将计算机生成的图形与真正的照片来确认他们的假设。除此之外,这种策略显示三个铁原子的活性部位——一个集群。这个物种的亮度在显微镜下帮助研究者找到最初的中间体和识别反应的第一步。

的目标是创建一个情况观察[这]化学第一次[测试]一个基本假设,”帕特森说。的理解(这些)分子途径将高分子化学领域的新知识,”他补充道。在未来,帕特森想象运用类似的方法来研究相反的反应——解聚。抓住这样的机制将成为“基本解决塑料[…]问题。”

“[我们]方法…很快就会希望发现更多的机制,在高分子化学是基本且富有挑战性的,”吴补充道。由于先进的显微镜,“眼见为实”。