Elektrokemisk syntese nu mulig uden elektrisk strømkilde

Syntese af organiske forbindelser og polymerer er kernen i mange fremstillingsindustrier. De nye "elektrificerende syntese"-metoder, der kan kombinere konventionel syntetisk kemi med elektrokemi, er et skridt nærmere en bæredygtig fremtid. Disse reaktioner kræver ikke potentielt skadelige kemiske reagenser. De opnår organisk syntese ved blot at bruge elektroner fra en elektrisk strømkilde til at udføre redoxreaktioner.

Ud over at være miljøvenlige kan disse reaktioner også gøres mere eller mindre selektive ved at finjustere de elektriske potentialer. Men deres afhængighed af en strømforsyning begrænser deres anvendelse på steder uden strøm, såsom rumfart og dybt hav.

Løsningen på dette selvmodsigende problem blev præsenteret af et team af forskere ledet af Prof. Shinsuke Inagi fra Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), Japan. I deres nylige undersøgelse offentliggjort i Communications Chemistry , leverede holdet et proof-of-concept for elektrokemisk polymerisering af organiske aromatiske monomerer uden en ekstern strømforsyning. Prof. Inagi forklarer:"Vi har set et stort spring i udviklingen af ​​elektrokemiske reaktorer til at udføre organisk syntese, men de fleste af dem kræver en strømkilde. Vi ønskede at bygge et strømuafhængigt system for at gøre processen mere tilgængelig. Og vi fandt svaret på vores søgen inden for streaming af potentiale-drevet elektrokemi."

Hvad er egentlig dette streamingpotentiale, som prof. Inagi nævner?

Når en elektrolyt strømmer gennem en mikrokanal, skabes en trykforskel på grund af denne bevægelse. Dette fører til en ladningsubalance, som giver anledning til et streamingpotentiale. Holdet brugte en brugerdefineret to-kammer polyether ether keton (eller PEEK) celle forbundet med platintråde og et PEEK mikrorør til deres eksperimenter. Dette PEEK mikrorør var tæt fyldt med vat for at skabe et trykfald. Når de førte en elektrolyt gennem mikrorøret, genererede den et strømningspotentiale, der kunne give nok energi til at drive de ønskede kemiske reaktioner.

Når cellen blev betjent, oplevede elektroderne i den to-kammerede celle både opstrøms og nedstrøms streaming potentiale, hvilket gjorde det muligt for cellen at opføre sig som noget, der kaldes en split bipolar elektrode (BPE). Denne BPE-opsætning, ledsaget af det genererede streamingpotentiale på 2-3 volt, var ansvarlig for at skabe betingelser, der var befordrende for redoxreaktioner af organiske monomerer.

For at teste denne opsætnings polymerisationsevner valgte holdet to aromatiske organiske forbindelser:Pyrrol (Py) og 3,4-ethylendioxythiophen (EDOT). Begge disse monomerer blev med succes elektropolymeriseret til henholdsvis polypyrrol (PPy) og poly-EDOT (PEDOT) uden brug af nogen ekstern strømkilde.

Denne nye trykdrevne, miljøvenlige, strømforsyningsuafhængige reaktor åbner nye veje for elektrificerende syntesereaktioner. Indsigten fra denne undersøgelse kan også vise sig at være værdifuld ved design af nye elektrokemiske reaktorer til syntese af nyttige organiske forbindelser og polymerer. "Hele verden forsøger at gøre essentielle industrielle processer grønnere og renere. Da organisk syntese er kernen i mange kemiske industrier, forsøgte vi at udvikle en elektrosynteseproces, der kræver minimale ressourcer og bidrager til målene for bæredygtig udvikling," slutter Prof. Inagi. + Udforsk yderligere

Bipolar orden:En ligetil teknik til at have mere kontrol over organiske tynde film