Grønnere, billigere metode til at fremskynde kemiske reaktioner udviklet

En ny, grønnere og billigere metode til at accelerere kemiske reaktioner er udviklet af forskere ved King's College London i samarbejde med University of Barcelona og ETH Zürich. I stedet for at bruge forurenende og dyre metalbaserede katalysatorer, beviste holdet, at elektriske felter kan katalysere reaktioner for at producere kemiske forbindelser.

Med udgangspunkt i tidligere forskning offentliggjort i 2016, der beviste, at et elektrisk felt kunne katalysere reaktioner i et nanoskala-gab, opskalerede forskerne fra Kemisk Institut metodologien til at katalysere reaktioner på en elektrode med centimeterareal elektrisk. Dette åbner vejen for et renere alternativ til metalbaserede katalysatorer, der potentielt ændrer måden, kemiske forbindelser fremstilles på.

Accelerering af kemiske reaktioner mellem molekyler gennem katalyse er grundlæggende for at fremstille de nye materialer, der kræves af en række industrier og teknologier, der producerer produkter med høj værditilvækst, såsom lægemidler. I øjeblikket er disse reaktioner hovedsageligt afhængige af katalysatorer, der indeholder ædle metaller såsom platin, palladium og rhodium.

Ikke alene er disse meget dyre og miljøskadelige at udvinde, men praksis bruger store mængder energi, og de giftige biprodukter er vanskelige og dyre at bortskaffe.

Aktivering af katalyse gennem elektriske felter muliggør en billigere, mere energieffektiv og mindre forurenende løsning på dette problem.

"At bruge elektriske felter som den eneste katalysator for kemiske reaktioner har længe været teoretisk forudsagt. Idéen kom fra forskere, der studerede mekanismerne for enzymatisk katalyse i naturen, som forudsagde, at store elektriske felter inden for enzymets aktive steder kunne fungere som en katalysator i enzymatisk katalyse. kemiske reaktioner," siger professor Ismael Diez Perez.

"I 2016 på King's beviste vi faktisk denne teori i laboratoriet. Ved at udsætte to reaktanter for et spændingsforspændt nanoskalagab skabte vi et kraftfelt, der accelererer dannelsen af ​​reaktionsproduktet."

"Siden da har vi udviklet en ny teknologi til at muliggøre elektrificeret kemisk produktion i langt større skala. Vi designede en mikrofluidisk celle, der skaber en kontinuerlig strøm af reaktanter, der katalyseres sammen inden for et elektrisk felt. Grænsefladen mellem elektroderne begrænset inden for mikrofluidkanalen inducerer en kemisk reaktion på centimeterarealer af elektroderne, hvilket producerer nye kemiske forbindelser."

Professor Diez Perez og hans team mener, at denne proces kan transformere den farmakologiske industri, som er afhængig af produktionen af ​​meget fine kemiske forbindelser med værditilvækst, normalt meget dyre at fremstille gennem traditionelle katalysemetoder. Forskerne forudser endda, at det elektriske felt kan styres til at danne rene isomere kemiske forbindelser - et vigtigt skridt i fremstillingen af ​​lægemidler, der bærer den passende molekylære form, som den menneskelige krop kan genkende.

"Dette gennembrud signalerer starten på et meget spændende skridtskifte i at transformere den måde, vi styrer katalyse på. Vi har nu bevist, at elektriske felter kan skaleres op til at producere milligram kemiske forbindelser, næste skridt er at bygge endnu større modeller til brug på tværs af mange forskellige felter og industrier, der muliggør billigere, grønnere produktionsmetoder," siger Deiz Perez.

Værket er publiceret i tidsskriftet Nature Communications .

Flere oplysninger: Semih Sevim et al., Elektrostatisk katalyse af en klikreaktion i en mikrofluidisk celle, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-44716-2

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af King's College London