Credito:Tokyo Tech
La sintesi di composti organici e polimeri è al centro di molte industrie manifatturiere. I nuovi metodi di "sintesi elettrizzante" che possono combinare la chimica sintetica convenzionale con l'elettrochimica sono un passo avanti verso un domani sostenibile. Queste reazioni non richiedono reagenti chimici potenzialmente dannosi. Raggiungono la sintesi organica semplicemente usando gli elettroni da una fonte di energia elettrica per condurre reazioni redox.
Oltre ad essere rispettose dell'ambiente, queste reazioni possono anche essere rese più o meno selettive regolando i potenziali elettrici. Tuttavia, la loro dipendenza da un alimentatore ne limita l'applicazione in luoghi non alimentati come l'aerospaziale e le profondità marine.
La soluzione a questo problema contraddittorio è stata presentata da un team di ricercatori guidato dal Prof. Shinsuke Inagi del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), Giappone. Nel loro recente studio pubblicato su Communications Chemistry , il team ha fornito una prova di concetto per la polimerizzazione elettrochimica di monomeri organici aromatici senza un'alimentazione esterna. Il Prof. Inagi spiega:"Abbiamo assistito a un enorme balzo in avanti nello sviluppo di reattori elettrochimici per la sintesi organica, ma la maggior parte di essi richiede una fonte di alimentazione. Volevamo costruire un sistema indipendente dalla potenza per rendere il processo più accessibile. E abbiamo trovato la risposta alla nostra ricerca nello streaming di elettrochimica basata sul potenziale."
Qual è esattamente questo potenziale di streaming di cui parla il Prof. Inagi?
Quando un elettrolita scorre attraverso un microcanale, a causa di questo movimento si crea una differenza di pressione. Ciò porta a uno squilibrio di carica, che dà origine a un potenziale di streaming. Il team ha utilizzato una cella polietere chetone (o PEEK) personalizzata a due camere collegata da fili di platino e un microtubo PEEK per i loro esperimenti. Questa microprovetta in PEEK è stata riempita ermeticamente con cotone idrofilo per creare una caduta di pressione. Quando hanno fatto passare un elettrolita attraverso il microtubo, ha generato un potenziale di flusso che potrebbe fornire energia sufficiente per guidare le reazioni chimiche desiderate.
Quando la cella è stata utilizzata, gli elettrodi nella cella a due camere hanno sperimentato il potenziale di flusso sia a monte che a valle, il che ha consentito alla cella di comportarsi come qualcosa chiamato elettrodo bipolare diviso (BPE). Questa configurazione BPE, accompagnata dal potenziale di streaming generato di 2-3 volt, è stata responsabile della creazione di condizioni favorevoli alle reazioni redox dei monomeri organici.
Per testare le capacità di polimerizzazione di questa configurazione, il team ha scelto due composti organici aromatici:pirrolo (Py) e 3,4-etilendiossitiofene (EDOT). Entrambi questi monomeri sono stati elettropolimerizzati con successo rispettivamente in polipirrolo (PPy) e poli-EDOT (PEDOT), senza utilizzare alcuna fonte di alimentazione esterna.
Questo nuovo reattore a pressione, ecologico e indipendente dall'alimentazione apre nuove strade per reazioni di sintesi elettrizzanti. Le intuizioni di questo studio possono anche rivelarsi preziose quando si progettano nuovi reattori elettrochimici per la sintesi di composti organici e polimeri utili. "Il mondo intero sta cercando di rendere i processi industriali essenziali più verdi e puliti. Poiché la sintesi organica è al centro di molte industrie chimiche, abbiamo cercato di sviluppare un processo di elettrosintesi che richieda risorse minime e contribuisca al raggiungimento degli obiettivi di sviluppo sostenibile", conclude il Prof. Inagi. + Esplora ulteriormente
