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Biomassebasierte Kohlenstoff-Nanodots als Photoinitiatoren in Polymerisationsprozessen
Ein internationales Forschungsteam hat Protokolle zur Herstellung und Anwendung von aus Biomasse gewonnenen Kohlenstoff-Nanodots (CDs) entwickelt, die sowohl konventionelle radikalische Photopolymerisation als auch photoinduzierte ATRP-Prozesse initiieren können. Die Materialien bieten Vorteile in Bezug auf Toxizität und Migration im Vergleich zu herkömmlichen Photoinitiatoren.
Forschende aus China, Deutschland und den USA präsentieren in Nature Protocols zwei neue Verfahren, bei denen aus Biomasse gewonnene Kohlenstoff-Nanodots (CDs) als lichtempfindliche Komponenten in Polymerisationsprozessen eingesetzt werden. Die Protokolle decken sowohl einkomponentige Systeme (Typ I-Photoinitiatoren) als auch mehrkomponentige Systeme (Typ II) ab, die in konventioneller radikalischer Photopolymerisation und in der photoinduzierten Atom-Transfer-Radikal-Polymerisation (photo-ATRP) genutzt werden können.
Ein wesentlicher Vorteil der CDs besteht in ihrer geringen Zytotoxizität und der Minimierung von Migrationsproblemen, die bei molekularen Photoinitiatoren häufig auftreten. Die Forschenden setzen dabei auf biobasierte Ausgangsstoffe: Furfural dient zur Herstellung eines Typ I-CD-Initiators, während aus Natriumalginat gewonnene CDs sowohl radikalische Polymerisationen starten als auch Alkylhalogenide in photo-ATRP-Prozessen aktivieren können.
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Herstellung, Anwendung und Analyse
Die Protokolle umfassen die Synthese und Charakterisierung der Biomasse-basierten CDs, die Durchführung von photochemischen Reaktionen sowie die Analyse der resultierenden Polymere. Dabei kommen Methoden wie Echtzeit-FTIR, photo-DSC, dynamisch-mechanische Analyse und Gelpermeationschromatographie zum Einsatz. Die Herstellung und Charakterisierung der CDs dauert etwa vier Tage, während die photochemischen Reaktionen in rund einer Stunde durchgeführt werden können. Die Aufarbeitung der Produkte benötigt zusätzlich etwa 30 Minuten.
Mit dieser Arbeit legen die Autorinnen und Autoren eine praxisnahe Anleitung für Fachleute vor, die sich mit der Entwicklung umweltfreundlicherer Photopolymerisationsverfahren befassen.
Quelle: Luo, X. et al., Biomass-derived carbon dots for the initiation of conventional radical and ATRP-based photopolymerization processes. Nat. Protoc. (2025).
