Synthese van organische verbindingen en polymeren vormt de kern van veel productie-industrieën. De nieuwe "elektrificerende synthese"-methoden die conventionele synthetische chemie kunnen combineren met elektrochemie, zijn een stap dichter bij een duurzame toekomst. Deze reacties vereisen geen potentieel schadelijke chemische reagentia. Ze bereiken organische synthese door eenvoudigweg elektronen uit een elektrische stroombron te gebruiken om redoxreacties uit te voeren.

Behalve dat ze milieuvriendelijk zijn, kunnen deze reacties ook min of meer selectief worden gemaakt door de elektrische potentialen te verfijnen. Hun afhankelijkheid van een stroomvoorziening beperkt hun toepassing echter op niet-aangedreven locaties zoals de lucht- en ruimtevaart en de diepzee.

De oplossing voor dit tegenstrijdige probleem werd gepresenteerd door een team van onderzoekers onder leiding van Prof. Shinsuke Inagi van het Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), Japan. In hun recente studie gepubliceerd in Communications Chemistry , leverde het team een ​​proof-of-concept voor elektrochemische polymerisatie van organische aromatische monomeren zonder externe voeding. Prof. Inagi legt uit:"We hebben een enorme sprong voorwaarts gezien in de ontwikkeling van elektrochemische reactoren voor het uitvoeren van organische synthese, maar de meeste hebben een stroombron nodig. We wilden een stroomonafhankelijk systeem bouwen om het proces toegankelijker te maken. En we hebben het antwoord op onze zoektocht gevonden in het streamen van potentieel-gedreven elektrochemie."

Wat is precies dit streamingpotentieel dat prof. Inagi noemt?

Wanneer een elektrolyt door een microkanaal stroomt, ontstaat door deze beweging een drukverschil. Dit leidt tot een onbalans in de lading, waardoor een stroompotentieel ontstaat. Het team gebruikte voor hun experimenten een aangepaste tweekamerige polyetheretherketon (of PEEK) cel verbonden door platinadraden en een PEEK-microbuis. Dit PEEK-microbuisje werd strak gevuld met watten om een ​​drukval te creëren. Toen ze een elektrolyt door de microbuis voerden, genereerde het een stroompotentieel dat voldoende energie kon leveren om de gewenste chemische reacties aan te sturen.

Toen de cel werd bediend, ondervonden de elektroden in de cel met twee kamers zowel stroomopwaarts als stroomafwaarts stroompotentieel, waardoor de cel zich kon gedragen als iets dat een gesplitste bipolaire elektrode (BPE) wordt genoemd. Deze BPE-opstelling, vergezeld van het gegenereerde streamingpotentieel van 2-3 volt, was verantwoordelijk voor het creëren van omstandigheden die bevorderlijk waren voor de redoxreacties van organische monomeren.

Om de polymerisatiecapaciteiten van deze opstelling te testen, koos het team twee aromatische organische verbindingen:pyrrool (Py) en 3,4-ethyleendioxythiofeen (EDOT). Beide monomeren werden met succes geëlektropolymeriseerd tot respectievelijk polypyrrool (PPy) en poly-EDOT (PEDOT), zonder gebruik te maken van een externe voedingsbron.

Deze nieuwe drukgedreven, milieuvriendelijke, van de voeding onafhankelijke reactor opent nieuwe wegen voor elektrificerende synthesereacties. De inzichten uit deze studie kunnen ook waardevol zijn bij het ontwerpen van nieuwe elektrochemische reactoren voor de synthese van bruikbare organische verbindingen en polymeren. "De hele wereld probeert essentiële industriële processen groener en schoner te maken. Aangezien organische synthese de kern vormt van veel chemische industrieën, hebben we geprobeerd een elektrosyntheseproces te ontwikkelen dat minimale middelen vereist en bijdraagt ​​aan de doelstellingen voor duurzame ontwikkeling", besluit prof. Inagi. + Verder verkennen

Bipolaire volgorde:een eenvoudige techniek om meer controle te hebben over organische dunne films