Binary polymer brushes modified with a phthalocyanine molecules via click reaction

Jednym z wyzwań przed którym stoi współczesna nauka jest poszukiwanie maksymalnie wydajnych metod wykorzystania energii słonecznej. Projektując nowe materiały kładzie się obecnie nacisk na korzystanie z inteligentnych, dedykowanych rozwiązań dla badanych zagadnień. Praktycznie nieograniczonym źródłem inspiracji jest natura, która z dużą wydajnością wykorzystuje układy chromoforowe występujące w roślinach do zasilania reaktorów fotosyntetycznych z wykorzystaniem efektu antenowego. Obiecującą klasą materiałów potencjalnie mogącą znaleźć zastosowanie w zbieraniu promieniowania słonecznego (ang. light harvesting) są fotoaktywne szczotki polimerowe, które mogą stanowić kopię układów występujących w przyrodzie. Do ich wytworzenia zastosowano powierzchniowo-inicjowaną fotopolimeryzację z wykorzystaniem monomeru (metakrylanu 3 trimetylosilylo 2 propynylu, TPM), dzięki której na pokrytej nanometryczną warstwą inicjatora powierzchni krzemu otrzymano gęsto upakowaną strukturę polimerową. Otrzymane szczotki o różnych gęstościach naszczepienia: 25%, 50% oraz 100% scharakteryzowano przy pomocy mikroskopii sił atomowych AFM, a następnie poddano procesowi ponownej fotopolimeryzacji z wydłużeniem łańcuchów polimerowych. Następnie wbudowano w ich strukturę cząsteczki ftalocyjaniny przy wykorzystaniu reakcji typu „click”. Zastosowanie reakcji chemicznej typu „click” jest tanie i proste, a także dzięki segmentowej budowie szczotek pozwala na przyłączenie więcej niż jednego rodzaju barwinka. Umożliwi to wydajne zbieranie promieniowania o szerokim zakresie długości fal w zależności od potrzeb.

One of crucial challenges for science to overcome is developing efficient means of using renewable energy such as solar energy. Nature is an nearly limitless source of inspiration by providing vast selection of highly efficient chromophore systems which are used to provide energy for biochemical reactors by use of antenna effect. Fotoactive polymer brushes are promising class of materials, which can be used to mimic natural photosynthesis systems. Surface-initiated iniferter-mediated photopolymerization of 3-(trimethoxysilyl)prop-2-yn-1-yl methacrylate (TPM) as monomer was used to obtain polymeric system. Surface of silica wafer coated with nanometric layer of initiator was transformed into a densely packed layer of polymer brushes. Polymer brushes of 25%, 50% and 100% grafting density were obtained and characterized by atomic force microscopy (AFM). Obtained samples were later subjected to subsequent polymerization to extend polymer chains of brushes. Afterwards modified phthalocyanine molecules were linked into their structure using a “click” reaction. This method is known as a cheap and straightforward while segmented structure of brushes enables embedding more than on type of chromophore. It allows harvesting electromagnetic radiation of a wide range of wavelengths depending of planned future applications.