En grønnere vej til blå:Ny metode reducerer drastisk mængden af ​​opløsningsmiddel, der er nødvendig for at producere organiske farvestoffer

Phthalocyaniner bruges i vedvarende energiproduktion, sansning, nanomedicin og meget mere. Forskere ved Aalto Universitet har demonstreret, hvordan farvestoffet kan fremstilles på en grønnere måde, der minimerer højtkogende organiske opløsningsmidler, ved i stedet at bruge faststofsyntese.

Organiske (kulstofholdige) farvestoffer har vigtige roller i naturen. For eksempel er de ansvarlige for at transportere ilt og andre gasser i kroppen (som en del af hæmoglobin) og omdanne solenergi til kemisk energi i fotosyntese (klorofyl).

En klasse af kunstige organiske farvestoffer er phthalocyaniner, som er almindeligt anvendt i industrielle processer, sansning, nanomedicin, solceller og anden optoelektronik. Produktionen af ​​phthalocyaniner er dog ikke uden problemer, siger Eduardo Anaya, Aalto University Academy Research Fellow og en af ​​hovedforfatterne til det nye studie.

"Ftalocyaniner fremstilles ved at bruge en masse opløsningsmidler såsom dimethylaminoethanol (DMAE). Det er ætsende, brandfarligt, bioaktivt og skadeligt for miljøet."

Anaya og kolleger ved Aalto Universitet har demonstreret, hvordan phthalocyaniner kan fremstilles på en mere miljøvenlig måde med solid-state syntese. Deres forskning, offentliggjort i tidsskriftet Angewandte Chemie International Edition , blev kategoriseret som et "hot papir."

Alene industrien i EU bruger 10.000 tons DMAE om året til mange forskellige processer. I denne nye metode introduceret af Aalto-forskere er mængden af ​​opløsningsmiddel reduceret med over 99 %, siger postdoc-forsker Sandra Kaabel, en anden af ​​hovedforfatterne.

Forskerholdet brugte phthalonitril som udgangsmateriale, en organisk forbindelse, der almindeligvis anvendes til fremstilling af farvestoffer. Den blev først behandlet med nogle få dråber DMAE og en zinkskabelon ved kugleformaling, hvorefter den faste reaktionsblanding blev ældet i en ovn ved 55 °C i en uge eller ved 100 °C i 48 timer.

"Det var fascinerende at se, hvordan farven gik fra hvid, over grøn og ændrede sig til en dyb blå i ovnen - man kunne med egne øjne se, hvordan metoden fungerer," siger Kaabel. "Ved faststofmetoder kan vi producere kemikalier uden at skulle opløse reaktionens komponenter."

I den traditionelle metode opvarmes et opløsningsmiddel til mellem 160 og 250°C, og det samlede udbytte er ret lavt i forhold til materialer og tidsforbrug. Den miljøvenlige metode udviklet af Aalto-forskere øgede rum-tid-udbyttet fire gange ved at fjerne det meste af opløsningsmidlet og udføre reaktionerne ved en lavere temperatur.

Eksempel fra naturen, idé brygget over kaffe

Den molekylære struktur af phthalocyanin gør den tilpasselig til en lang række anvendelser.

"Naturen er en inspiration, der har skabt organiske farver til mange forskellige formål gennem millioner af år," siger Anaya. "Vi kan fange dem, som de er, og bruge farver i kunstig fotosyntese til for eksempel at producere energi, eller tage ideer endnu længere."

Idéer til nye biomaterialeløsninger forfines på FinnCERES, et kompetencecenter, der deles af Aalto University og VTT Technical Research Center i Finland. Forskergruppen arbejder inden for FinnCERES-projektet kendt som SolarSafe for at udvikle cellulosemateriale, der er selvsteriliserende gennem en reaktion initieret af et farvestof og lys og kan anvendes i biomedicin.

Sådanne nye ideer er født gennem møder, både i og uden for laboratoriet.

"Idéen til vores nye måde at fremstille farvestoffer på kom også fra, at vi brainstormede i kaffestuen, og så begyndte vi bare at eksperimentere," siger Daniel Langerreiter, førsteforfatter og ph.d. elev i gruppen. + Udforsk yderligere

Team bruger varmt vand til at danne fotokatalysator