Basandosi su una precedente ricerca pubblicata nel 2016 che aveva dimostrato che un campo elettrico poteva catalizzare reazioni in un divario su scala nanometrica, gli scienziati del Dipartimento di Chimica hanno migliorato la metodologia per catalizzare elettricamente le reazioni su un elettrodo con un'area di un centimetro. Ciò apre la strada a un'alternativa più pulita ai catalizzatori a base metallica, trasformando potenzialmente il modo in cui vengono prodotti i composti chimici.

Accelerare le reazioni chimiche tra le molecole attraverso la catalisi è fondamentale per realizzare i nuovi materiali richiesti da una serie di industrie e tecnologie che producono prodotti ad alto valore aggiunto come i prodotti farmaceutici. Attualmente, queste reazioni si basano principalmente su catalizzatori che contengono metalli preziosi come platino, palladio e rodio.

Non solo l'estrazione è estremamente costosa e dannosa per l'ambiente, ma la pratica utilizza anche grandi quantità di energia e i sottoprodotti tossici sono difficili e costosi da smaltire.

Abilitare la catalisi attraverso i campi elettrici consente una soluzione più economica, più efficiente dal punto di vista energetico e meno inquinante a questo problema.

"L'uso dei campi elettrici come unico catalizzatore per le reazioni chimiche è stato previsto da tempo in teoria. L'idea è venuta agli scienziati che studiavano i meccanismi della catalisi enzimatica in natura, i quali predissero che grandi campi elettrici all'interno dei siti attivi dell'enzima avrebbero potuto agire come catalizzatore nelle reazioni enzimatiche." reazioni chimiche", afferma il professor Ismael Diez Perez.

"Nel 2016 al King's University, abbiamo effettivamente dimostrato questa teoria in laboratorio. Esponendo due reagenti a un gap su scala nanometrica distorto dal voltaggio, abbiamo creato un campo di forza che accelera la formazione del prodotto di reazione."

"Da allora, abbiamo sviluppato una nuova tecnologia per consentire la produzione chimica elettrificata su scala molto più ampia. Abbiamo progettato una cella microfluidica che crea un flusso continuo di reagenti che vengono catalizzati insieme all'interno di un campo elettrico. L'interfaccia degli elettrodi confinata all'interno il canale microfluidico induce una reazione chimica su aree centimetriche degli elettrodi, producendo nuovi composti chimici."

Il professor Diez Perez e il suo team ritengono che questo processo potrebbe trasformare l'industria farmacologica, che si basa sulla produzione di composti chimici molto fini e a valore aggiunto, normalmente molto costosi da produrre attraverso i tradizionali metodi di catalisi. Gli scienziati prevedono addirittura che il campo elettrico potrebbe essere controllato per formare composti chimici isomerici puri:un passo fondamentale nella produzione di farmaci che abbiano la forma molecolare appropriata affinché il corpo umano possa riconoscerli.

"Questa svolta segna l'inizio di un entusiasmante cambio di passo nella trasformazione del modo in cui gestiamo la catalisi. Ora abbiamo dimostrato che i campi elettrici possono essere aumentati fino a produrre milligrammi di composti chimici, il passo successivo è costruire modelli ancora più grandi da utilizzare in tutta molti campi e industrie diversi, consentendo metodi di produzione più economici ed ecologici", afferma Deiz Perez.

Il lavoro è pubblicato sulla rivista Nature Communications .