De productie van chemische stoffen vereist normaal gesproken milieubelastende oplosmiddelen. Nadat de onderzoeksgroep van Miriam Unterlass, hoogleraar vastestofchemie aan de Universiteit van Konstanz, voor het eerst organische stoffen zonder schadelijke stoffen produceerde door ze in heet water te verwarmen, kunnen de onderzoekers nu een ander succes boeken:door hydrothermische synthese kunnen ze erin geslaagd om samen organische en anorganische stoffen in hetzelfde reactievat te vormen en te combineren, met name een anorganische vaste stof die organische kleurstofmoleculen omsluit. Bij blootstelling aan licht, dat over het algemeen de meest milieuvriendelijke energiebron is, functioneert het hybride materiaal als een katalysator, d.w.z. een fotokatalysator. Aangezien de fotokatalysator een vaste stof is, kan deze meerdere keren worden gebruikt.

De studie is onlangs online gepubliceerd door het Journal of Materials Chemistry A .

Hydrothermische synthese, d.w.z. de productie van materialen onder druk in heet water, is gekopieerd van de natuur. In ondergrondse warmwaterreservoirs vormen zich bijvoorbeeld bergkristallen wanneer de atomen die in het hete water zijn opgelost met elkaar reageren, waarbij eerst moleculen en vervolgens kristallen worden gevormd. Op dezelfde manier kunnen anorganische moleculen in de synthetische chemie worden geproduceerd - en zoals beschreven in een studie over het milieuvriendelijke proces bij de synthese van organische stoffen uit 2021 door Miriam Unterlass - ook organische moleculen zonder giftige oplosmiddelen.

Milieuvriendelijke synergie van beide processen

Een milieuvriendelijke synergie van beide methoden komt voort uit de huidige resultaten, waarin eerste auteur Dr. Hipassia Moura, een postdoctoraal onderzoeker in het team van Miriam Unterlass, een grote rol speelt. Miriam Unterlass zegt:"In ons werk laten we zien dat het mogelijk is om in 'heet water' tegelijkertijd anorganische en organische stoffen te vormen en dat er iets nuttigs uit voortkomt."

Het feit dat het hybride materiaal volledig zonder giftige oplosmiddelen kan worden geproduceerd, is des te opmerkelijker omdat het onderzoeksteam van de chemicus werkt met kleurstofmoleculen die normaal gesproken zeer giftige chemicaliën nodig hebben voor hun synthese. De kern van de nieuwe stof, die in heet water is ontstaan, wordt gevormd door kleurstofmoleculen die als oplossing bestaan, terwijl het materiaal eromheen de eigenschappen van een vaste stof heeft. Het resultaat is een vaste stof die zich gedraagt ​​als een oplossing in termen van optische eigenschappen.

Herbruikbare katalysator

Kleurstoffen als oplossingen hebben zeer specifieke eigenschappen. De kleurstofmoleculen die het onderzoeksteam van Miriam Unterlass gebruikt, kunnen licht absorberen en zo reacties katalyseren. Dit proces is vergelijkbaar met fotosynthese in planten, waar het ook pigmenten zijn die het licht absorberen dat nodig is voor fotosynthese. In tegenstelling tot een oplossing die na gebruik moet worden weggegooid, heeft het hybride materiaal als bijkomend voordeel dat het steeds opnieuw als katalysator kan worden gebruikt, omdat het aan de buitenkant als een vaste stof is.

De specifieke doelwitten van het onderzoeksteam voor toepassing zijn kleine organische moleculen die een rol spelen in geneesmiddelen. In principe is de methode echter relevant voor verschillende chemische reacties en dus voor de productie van talloze synthetische producten. En terwijl voor de synthese van het hybride materiaal nog water moet worden verwarmd, is voor de katalytische werking alleen lichtenergie nodig. "Licht is de beste hulpbron die we hebben. Licht kan niet worden opgebruikt", zegt Miriam Unterlass. + Verder verkennen

Water vervangt gifstoffen:groene productie van plastic