Dünyada daha temiz enerjiye yönelim arttıkça yapılması gerekenler elektrikli araba teşviklerinin ötesine geçiyor. Pil kullanımlarından gübre üretimine kadar her şey yeniden gözden geçirilmeli ve müşterek şekilde değişime uğramalı.
UChicago kimyagerleri tarafından yapılan bir araştırma, farmasötik ilaçların sentezlenmesinde sıklıkla kullanılan kimyasal reaksiyonları hızlandırmak için elektriği kullanmanın bir yolunu buldu.
Nature Catalyse dergisinde yayınlanan araştırma sayesinde eloktrokimya alanında gelecek için önemli bir gelişim sağlanmış oldu. Araştırma reaksiyonların tasarlanması, kontrol edilmesi ve bunları sürdürülebilir hale gelmesi için önem arz ediyor.
UChicago Neubauer Ailesi Yardımcı Doçenti ve makalenin kıdemli yazarı Anna Wutti: Yapmak istediğimiz şey, elektrot ara yüzünde temel düzeyde neler olduğunu anlamak ve bunu daha verimli kimyasal reaksiyonları tahmin etmek ve tasarlamak için kullanmaktır. Bu, nihai hedefe doğru atılmış bir adımdır.
Kimyasal karmaşıklık
Bazı kimyasal reaksiyonlarda elektrik, üretimi artırabilir ve ihtiyaç duyulan elektriği yenilenebilir kaynaklardan alabildiğiniz için, bu, dünya çapındaki kimya endüstrisini daha yeşil hale getirmenin bir parçası olabilir.
Ancak elektrokimya, bilindiği üzere oldukça karmaşıktır. Bilim adamlarının moleküler etkileşimler hakkında bilmediği çok şey var, özellikle de elektriği sağlamak için karışıma iletken bir katı (elektrot) eklemeniz gerektiğinden, bu da moleküllerin birbirleriyle olduğu kadar o elektrotla da etkileşime girdiği anlamına gelir. Her molekülün oynadığı rolleri ve hangi sırayla oynadığını çözmeye çalışan bir bilim insanı için bu, zaten karmaşık olan bir süreci daha da karmaşık hale getirir.
Ancak Wuttig bunu bir avantaja dönüştürmek istiyor. “Bunu elektrokimyanın bize başka hiçbir sistemde mümkün olmayan benzersiz bir tasarım kolu sağlaması olarak düşünürsek nasıl olur?”
Bu durumda kendisi ve ekibi, reaksiyona elektrik sağlayan elektrotun yüzeyine odaklandı.
Wuttig: Yüzeyin kendisinin katalitik olduğuna ve bir rol oynadığına dair ipuçları vardı, ancak bu etkileşimleri moleküler düzeyde sistematik olarak nasıl kontrol edeceğimizi bilmiyoruz.
İki karbon atomu arasında bir bağ oluşturmak için ilaç kimyasallarının üretiminde yaygın olarak kullanılan bir reaksiyon türü üzerinde çalıştılar.
Teorik tahminlere göre, bu reaksiyon elektrik kullanılarak gerçekleştirildiğinde, reaksiyondan elde edilecek verimin %100 olması, yani içeri giren tüm moleküllerin tek bir yeni maddeye dönüşmesi gerekir. Ancak reaksiyonu laboratuvarda gerçekleştirdiğinize verim daha düşük olur.
Ekip, elektrotun varlığının bazı molekülleri reaksiyon sırasında ihtiyaç duyulan yerden uzaklaştırdığını düşündü. Önemli bir bileşenin eklenmesinin yardımcı olabileceğini buldular: Sıvı çözeltiye eklenen Lewis asidi olarak bilinen bir kimyasal, bu molekülleri yeniden yönlendirdi.
Wuttig: Temize yakın bir tepki alıyorsunuz.
Değişimi katalize etmek
Dahası ekip, moleküler düzeyde ortaya çıkan reaksiyonları izlemek için özel görüntüleme teknikleri kullanabildi. “Modülatörün varlığının arayüz yapısı üzerinde derin bir etkisi olduğunu görebilirsiniz. Bu, olup biteni bir kara kutu olarak görmek yerine görselleştirmemize ve anlamamıza olanak tanıyor.”
Wuttig, bunun çok önemli bir adım olduğunu, çünkü elektrotun yalnızca kimyada kullanılmasına değil, aynı zamanda etkilerinin tahmin edilmesine ve kontrol edilmesine yönelik ileriye doğru bir yol gösterdiğini söyledi.
Diğer bir fayda ise elektrodun daha fazla reaksiyon için yeniden kullanılabilmesidir. (Çoğu reaksiyonda, katalizör sıvı içinde çözülür ve nihai ürünü elde etmek için saflaştırma işlemi sırasında boşaltılır).
“Bu, sürdürülebilir senteze doğru atılmış bir adımdır. İleriye dönük olarak grubum, diğer sentetik zorlukların haritasını çıkarmak ve bunlara çözüm bulmak için bu tür kavram ve stratejileri kullanmaktan büyük heyecan duyuyor.”
Kaynak: University of Chicago