Kredit:Tokyo Tech
Syntes av organiska föreningar och polymerer är kärnan i många tillverkningsindustrier. De nya "elektrifierande syntes"-metoderna som kan kombinera konventionell syntetisk kemi med elektrokemi är ett steg närmare en hållbar morgondag. Dessa reaktioner kräver inte potentiellt skadliga kemiska reagenser. De uppnår organisk syntes genom att helt enkelt använda elektroner från en elektrisk kraftkälla för att utföra redoxreaktioner.
Förutom att de är miljövänliga kan dessa reaktioner också göras mer eller mindre selektiva genom att finjustera de elektriska potentialerna. Men deras beroende av en strömförsörjning begränsar deras användning på platser utan ström som flyg och djuphavsvatten.
Lösningen på detta självmotsägande problem presenterades av ett team av forskare under ledning av Prof. Shinsuke Inagi från Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), Japan. I deras nyligen publicerade studie publicerad i Communications Chemistry , gav teamet ett proof-of-concept för elektrokemisk polymerisation av organiska aromatiska monomerer utan en extern strömförsörjning. Prof. Inagi förklarar, "Vi har sett ett stort steg i utvecklingen av elektrokemiska reaktorer för att utföra organisk syntes, men de flesta av dem kräver en kraftkälla. Vi ville bygga ett kraftoberoende system för att göra processen mer tillgänglig. Och vi hittade svaret på vår strävan inom strömmande potentialdriven elektrokemi."
Vad är egentligen denna strömningspotential som Prof. Inagi nämner?
När en elektrolyt strömmar genom en mikrokanal skapas en tryckskillnad på grund av denna rörelse. Detta leder till en laddningsobalans, vilket ger upphov till en streamingpotential. Teamet använde en anpassad tvåkammar polyeter eter keton (eller PEEK) cell ansluten med platina trådar och ett PEEK mikrorör för sina experiment. Detta PEEK mikrorör var tätt fyllt med bomullsull för att skapa ett tryckfall. När de passerade en elektrolyt genom mikroröret genererade den en strömningspotential som kunde ge tillräckligt med energi för att driva de önskade kemiska reaktionerna.
När cellen manövrerades upplevde elektroderna i tvåkammarcellen både uppströms och nedströms strömningspotential, vilket gjorde att cellen kunde bete sig som något som kallas en delad bipolär elektrod (BPE). Denna BPE-inställning, tillsammans med den genererade strömningspotentialen på 2-3 volt, var ansvarig för att skapa förhållanden som gynnar redoxreaktionerna av organiska monomerer.
För att testa polymerisationsförmågan hos denna uppställning valde teamet två aromatiska organiska föreningar:Pyrrol (Py) och 3,4-etylendioxitiofen (EDOT). Båda dessa monomerer elektropolymeriserades framgångsrikt till polypyrrol (PPy) respektive poly-EDOT (PEDOT), utan att använda någon extern strömkälla.
Denna nya tryckdrivna, miljövänliga, strömförsörjningsoberoende reaktor öppnar nya vägar för elektrifierande syntesreaktioner. Insikterna från denna studie kan också visa sig vara värdefulla vid design av nya elektrokemiska reaktorer för syntes av användbara organiska föreningar och polymerer. "Hela världen försöker göra väsentliga industriella processer grönare och renare. Eftersom organisk syntes är kärnan i många kemiska industrier, försökte vi utveckla en elektrosyntesprocess som kräver minimala resurser och bidrar till målen för hållbar utveckling", avslutar Prof. Inagi. + Utforska vidare
