이제 전원 없이 전기화학 합성 가능

이제 전원 없이 전기화학 합성 가능
날짜:
2022년 5월 31일
원천:
도쿄공업대학
요약:
유기 화합물 합성을 위한 전기 화학 반응은 전원 공급 장치와 무관하다면 더 넓은 응용 분야를 찾을 수 있을 것입니다. 이제 연구원들은 전원 공급 없이 반응을 위한 스트리밍 전위를 생성하기 위해 전기화학 반응기에서 전해질의 흐름을 이용했습니다. 그들은 두 개의 방향족 단량체를 성공적으로 중합하여 이 설정의 가능성을 입증했습니다.

유기 화합물과 폴리머의 합성은 많은 제조 산업의 핵심입니다. 기존의 합성 화학과 전기 화학을 결합할 수 있는 새로운 "전기 합성" 방법은 지속 가능한 내일에 한 걸음 더 다가갑니다. 이러한 반응에는 잠재적으로 유해한 화학 시약이 필요하지 않습니다. 그들은 단순히 전원에서 전자를 사용하여 산화 환원 반응을 수행함으로써 유기 합성을 달성합니다.

환경 친화적인 것 외에도 이러한 반응은 전위를 미세 조정하여 다소 선택적으로 만들 수 있습니다. 그러나 전원 공급 장치에 대한 의존성은 항공 우주 및 심해와 같이 전원이 공급되지 않는 응용 분야에 제한이 있습니다.

이 자기 모순적인 문제에 대한 해결책은 일본 Tokyo Institute of Technology(Tokyo Tech)의 Shinsuke Inagi 교수가 이끄는 연구원 팀에 의해 제시되었습니다. Communications Chemistry 에 발표된 최근 연구 에서 팀은 외부 전원 공급 없이 유기 방향족 단량체의 전기화학적 중합에 대한 개념 증명을 제공했습니다. Inagi 교수는 "우리는 유기 합성을 수행하기 위한 전기화학 반응기의 개발에서 엄청난 도약을 보았지만 대부분은 전원이 필요합니다. 우리는 프로세스를 보다 쉽게 ​​액세스할 수 있도록 전원 독립적인 시스템을 구축하고 싶었습니다. 그리고 우리는 스트리밍 전위 구동 전기화학에서 우리의 탐구에 대한 답을 찾았습니다."

Inagi 교수가 말하는 스트리밍 잠재력은 정확히 무엇입니까?

전해질이 미세 채널을 통해 흐를 때 이러한 움직임으로 인해 압력 차가 발생합니다. 이는 전하 불균형으로 이어져 스트리밍 잠재력을 발생시킵니다. 팀은 실험을 위해 백금 와이어와 PEEK 마이크로튜브로 연결된 맞춤형 2챔버 폴리에테르 에테르 케톤(또는 PEEK) 셀을 사용했습니다. 이 PEEK 마이크로튜브는 압력 강하를 생성하기 위해 면솜으로 꽉 채워져 있습니다. 그들이 마이크로튜브를 통해 전해질을 통과시켰을 때, 원하는 화학 반응을 유도하기에 충분한 에너지를 제공할 수 있는 스트리밍 전위가 생성되었습니다.

셀이 작동될 때 2챔버 셀의 전극은 업스트림 및 다운스트림 스트리밍 전위를 모두 경험하여 셀이 분할 바이폴라 전극(BPE)이라고 불리는 것과 같이 동작할 수 있게 했습니다. 2-3볼트의 생성된 스트리밍 전위와 함께 이 BPE 설정은 유기 단량체의 산화환원 반응에 도움이 되는 조건을 만드는 원인이 되었습니다.

이 설정의 중합 능력을 테스트하기 위해 팀은 두 가지 방향족 유기 화합물인 Pyrrole(Py)와 3,4-Ethylenedioxythiophene(EDOT)을 선택했습니다. 이 두 단량체는 외부 전원을 사용하지 않고 각각 폴리피롤(PPy) 및 폴리-EDOT(PEDOT)로 성공적으로 전기중합되었습니다!

이 새로운 압력 구동 방식의 환경 친화적인 전원 공급 독립형 반응기는 전기 합성 반응을 위한 새로운 길을 열어줍니다. 이 연구에서 얻은 통찰력은 유용한 유기 화합물과 폴리머의 합성을 위한 새로운 전기화학 반응기를 설계할 때도 가치가 있음을 입증할 수 있습니다. "전 세계가 필수 산업 공정을 더 친환경적이고 깨끗하게 만들기 위해 노력하고 있습니다. 유기 합성은 많은 화학 산업의 핵심이기 때문에 우리는 최소한의 자원을 필요로 하고 지속 가능한 개발 목표에 기여하는 전기 합성 공정을 개발하려고 노력했습니다."라고 Prof는 결론지었습니다.