Wetenschap
Onderzoekers bereiken elektrosynthese via superbevochtigende grensvlakken tussen organisch materiaal en water
Chinese wetenschappers hebben onlangs de directe synthese van zeer zuivere benzaldehyde-chemicaliën bereikt door de selectieve elektro-oxidatie van benzylalcohol. Het driefasige reactiesysteem van organisch vast water (OSW) heeft bijzondere voordelen laten zien bij het verminderen van ohmse verliezen en het vereenvoudigen van productscheidings- en zuiveringsprocessen in vergelijking met conventionele elektrochemische cellen van het H-type.
De studie, online gepubliceerd in Science Advances , werd geleid door profs. Zhang Tierui en Shi Run van het Technisch Instituut voor Natuurkunde en Scheikunde van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS).
Elektrokatalyse in waterige elektrolyt wordt erkend als een groene methode voor organische redoxreacties, aangezien water een schone waterstof- en zuurstofbron is. Vanwege de slechte oplosbaarheid van een verscheidenheid aan organische stoffen in de waterfase zijn in de meeste gevallen echter meerstapsverdunnings-reactie-zuiveringsprocessen vereist. Als gevolg hiervan bestaat er nog steeds een barrière voor de wijdverbreide adoptie van elektrokatalyse binnen de organische synthesegemeenschap.
"Voor de elektro-oxidatie van benzylalcohol tot benzaldehyde zijn bijvoorbeeld doorgaans niet-waterige ondersteunende elektrolyten en oplosmiddelen nodig, wat de overpotentiaal van de reactie aanzienlijk verhoogt, het zuiveringsproces compliceert en overoxidatie tot zuur veroorzaakt tijdens langdurige elektrolyse", zegt prof. Zhang Tierui.
"Het doel van ons onderzoek is het ontwikkelen van een driefasig OSW-elektrokatalytisch systeem voor de efficiënte productie van benzaldehyde met hoge zuiverheid. Het nieuwe systeem beschikt over afzonderlijke organische en waterfasen in plaats van een organisch-in-water-configuratie in conventionele H-type cellen Het maakt een snelle aanvoer van geconcentreerde benzylalcohol rechtstreeks uit de organische fase mogelijk", aldus prof. Shi Run.
In dit werk werd benzylalcohol (9,3 mol/l) gebruikt in concentraties die ruim 90 keer hoger waren dan de alcohol die in eerdere onderzoeken werd gebruikt. Het bereikte een Faradaïsche efficiëntie van 97% voor de productie van benzaldehyde en verkreeg zeer zuiver benzaldehyde (91,7%) in de organische fase zonder enig nazuiveringsproces.
Elektroden met superbevochtigende OSW-interfaces kunnen organische en waterige oplossingen spontaan scheiden. In dit geval wordt het benzaldehydeproduct direct in de organische fase verzameld. Dit heeft twee voordelen:het onderdrukken van benzaldehyde-overoxidatie met waterige elektrolyt en het verkrijgen van benzaldehyde met hoge zuiverheid wanneer benzylalcohol volledig is omgezet in de organische fase.
Elektrosynthese via superbevochtigende OSW-grensvlakken is daarom een wenselijke manier om zeer zuivere organische verbindingen te produceren. Sterker nog, het maakt gebruik van schone energie en waterbronnen, en het maakt de reactie efficiënter en minder ingewikkeld.