Tech / Nauka
Tomasz Wiśniewski
Redaktor technologiczny. Interesuje się sztuczną inteligencją, startupami i nowymi mediami, a także odkryciami naukowymi. Wielbiciel science fiction i gier planszowych.
Naukowcy zidentyfikowali ukryty czynnik, który decyduje o tym, czy reakcja chemiczna się powiedzie. Okazało się, że kontrolowanie niewielkich zmian kwasowości bezpośrednio przy elektrodach pozwoliło radykalnie poprawić produkcję cennych składników chemicznych. Udało się dzięki temu zwiększyć udział pożądanego produktu reakcji z około 16 do 97 procent.
Pracami kierował profesor Jaeyune Ryu z Wydziału Inżynierii Chemicznej i Biologicznej Uniwersytetu Narodowego w Seulu. Odkrycie może sprawić, że produkcja chemiczna będzie bezpieczniejsza, czystsza i wydajniejsza.
Nowa metoda wykorzystuje tlen i energię elektryczną do wytwarzania związków stosowanych w plastikach, lekach, klejach i innych codziennych materiałach. Nie wymaga przy tym osobnego dodawania utleniaczy nadtlenkowych.
Kluczem okazało się „lokalne pH”, czyli kwasowość lub zasadowość bezpośredniego otoczenia elektrody. Naukowcy przeprojektowali reaktor chemiczny tak, aby dokładnie kontrolować odległość między elektrodami i przepływ cieczy przez układ. Dzięki temu opanowali te warunki i znacznie poprawili wydajność reakcji.
Prace skupiły się na dwóch ważnych grupach związków: laktonach i epoksydach. Laktony to niezbędne materiały wyjściowe do produkcji biodegradowalnych plastików i poliuretanów. Epoksydy wykorzystuje się do wyrobu klejów, powłok ochronnych i żywic epoksydowych obecnych w materiałach elektronicznych. Oba rodzaje związków odgrywają również ważną rolę w produkcji leków i innych specjalistycznych chemikaliów.
Wyniki badań opublikowano w Journal of the American Chemical Society (JACS), wiodącym czasopiśmie chemicznym wydawanym przez American Chemical Society (ACS).
Odkrycie opiera się na elektrosyntezie organicznej, technice wykorzystującej energię elektryczną do prowadzenia reakcji, które wytwarzają związki oparte na węglu. Rozwiązanie to budzi coraz większe zainteresowanie, ponieważ może ograniczyć zapotrzebowanie na część utleniaczy i reduktorów stosowanych w tradycyjnej produkcji. Takie środki pomagają reakcjom zachodzić, przyjmując lub oddając elektrony, ale niektóre z nich są niebezpieczne w obsłudze i generują niechciane odpady.
Do tej pory prace nad usprawnieniem elektrosyntezy organicznej koncentrowały się na znanych czynnikach, takich jak napięcie elektryczne, materiały elektrod i skład cieczy, w której zachodzą reakcje. Naukowcy podejrzewali jednak, że pomijane jest coś istotnego: mikroskopijne środowisko chemiczne bezpośrednio przy każdej elektrodzie.
To właśnie tam cząsteczki wymieniają elektrony i ulegają przemianom chemicznym. Choć otaczający roztwór może wyglądać jednolicie, warunki panujące w tym maleńkim obszarze mogą się diametralnie różnić. Jednym z najważniejszych czynników jest pH, czyli miara kwasowości lub zasadowości substancji. Właśnie te mikroskopijne różnice potrafią przesądzić o skuteczności całej reakcji.