Ftalocyaniner används i förnybar energiproduktion, avkänning, nanomedicin med mera. Forskare vid Aalto-universitetet har visat hur färgämnet kan framställas på ett grönare sätt som minimerar högkokande organiska lösningsmedel, genom att istället använda solid-state-syntes.

Organiska (kolhaltiga) färgämnen har viktiga roller i naturen. Till exempel är de ansvariga för att transportera syre och andra gaser i kroppen (som en del av hemoglobin) och omvandla solenergi till kemisk energi i fotosyntesen (klorofyll).

En klass av artificiella organiska färgämnen är ftalocyaniner, som används i stor utsträckning i industriella processer, avkänning, nanomedicin, solceller och annan optoelektronik. Men produktionen av ftalocyaniner är inte problemfri, säger Eduardo Anaya, Aalto University Academy Research Fellow och en av huvudförfattarna till den nya studien.

"Ftalocyaniner produceras genom att använda många lösningsmedel som dimetylaminoetanol (DMAE). Det är frätande, brandfarligt, bioaktivt och skadligt för miljön."

Anaya och kollegor vid Aalto-universitetet har visat hur ftalocyaniner kan framställas på ett mer miljövänligt sätt med solid state-syntes. Deras forskning, publicerad i tidskriften Angewandte Chemie International Edition , kategoriserades som ett "hot paper."

Enbart industrin i Europeiska unionen använder 10 000 ton DMAE per år för många olika processer. I denna nya metod som introducerats av Aalto-forskare minskar mängden lösningsmedel med över 99 %, säger postdoktorand Sandra Kaabel, en annan av huvudförfattarna.

Forskargruppen använde ftalonitril som utgångsmaterial, en organisk förening som vanligtvis används vid tillverkning av färgämnen. Den bearbetades först med några droppar DMAE och en zinkmal genom kulmalning, varefter den fasta reaktionsblandningen åldrades i en ugn vid 55 °C i en vecka, eller vid 100 °C i 48 timmar.

"Det var fascinerande att se hur färgen gick från vitt, genom grönt och förändrades till en djupblå färg i ugnen - man kunde med egna ögon se hur metoden fungerar", säger Kaabel. "Med solid state-metoder kan vi producera kemikalier utan att behöva lösa upp komponenterna i reaktionen."

I den traditionella metoden värms ett lösningsmedel i mellan 160 till 250°C och det totala utbytet är ganska lågt i förhållande till material och tid. Den miljövänliga metoden som utvecklats av Aalto-forskare höjde rum-tid-utbytet fyrfaldigt genom att ta bort det mesta av lösningsmedlet och utföra reaktionerna vid en lägre temperatur.

Exempel från naturen, idé bryggd över kaffe

Den molekylära strukturen hos ftalocyanin gör den anpassningsbar till ett brett spektrum av tillämpningar.

"Naturen är en inspiration, efter att ha skapat organiska färger för många olika ändamål under miljontals år", säger Anaya. "Vi kan fånga dem som de är och använda färger i artificiell fotosyntes för att producera energi, till exempel, eller ta idéer ännu längre."

Idéer för nya biomateriallösningar förfinas på FinnCERES, ett kompetenscenter som delas av Aalto-universitetet och VTT Tekniska Forskningscentrum i Finland. Forskargruppen arbetar inom FinnCERES-projektet SolarSafe för att utveckla cellulosamaterial som är självsteriliserande genom en reaktion som initieras av ett färgämne och ljus och som kan användas inom biomedicin.

Sådana nya idéer föds genom möten, både inom och utanför labbet.

"Idén till vårt nya sätt att tillverka färgämnen kom också från att vi brainstormade i kafferummet, och sedan började vi bara experimentera", säger Daniel Langerreiter, första författare och doktor. elev i gruppen. + Utforska vidare

Team använder varmt vatten för att bilda fotokatalysator