Tajemná organická spodina zlepšuje účinky chemické reakce – objev může snížit dopad na životní prostředí na produkci

Illinoisští vědci jsou součástí multiinstitucionálního týmu, který zjistil, že rozpouštědla silně reagují s kovovými nanočásticemi za vzniku reaktivních komplexů, které zlepšují produkci katalyzátoru a současně snižují dopad na povahu chemické výroby. Publikováno také se svolením D. Flahertyho a kol., Science 371: 6529 (2021). Zápočet: Grafika s laskavým svolením Alexa Jereze, Imaging Technology Group – Beckman Institute

Výrobci chemikálií často používají toxická rozpouštědla, jako jsou alkoholy a benzen, k výrobě produktů, jako jsou léky a plasty. Vědci zkoumali dříve nevysvětlené a nevysvětlené podivné chemické reakce používané k výrobě těchto produktů. Bylo zjištěno, že to přineslo nové chápání katalytické chemie a odrazový můstek praktické aplikace, která by za pár dní mohla být méně plýtvající a chemicky více chemicky vyráběná.

Studie byla vedena výzkumným pracovníkem University of Illinois Urbana-Champaign Davidem Flahertym, University of Minnesota, výzkumným pracovníkem Twin Cities Matthewem Neurockem a výzkumným pracovníkem Virginia Tech Aymanem Karimem publikovaným v časopise Science.

Kombinace rozpouštědel a kovových nanočástic urychluje mnoho chemických reakcí a pomáhá zvyšovat výnosové a výnosové marže pro chemický průmysl. Podle vědců je však mnoho rozpouštědel toxických a je obtížné je bezpečně dopravit. Voda také působí, ale není zdaleka tak účinná nebo spolehlivá jako organická rozpouštědla. Za příčinu rozdílu se považuje omezená rozpustnost některých reaktantů ve vodě. Mnoho nesrovnalostí v experimentálních datech však vedlo tým k uvědomění si příčin těchto rozdílů, které nebyly plně pochopeny.

Abychom lépe porozuměli procesu, skupina provedla experimenty, které zkoumaly vyčerpání kyslíku peroxidem vodíku – soubor, který používá vodu, ten, který obsahuje methanol, a další, které obsahují kombinaci vody a methanolu. Všechny experimenty používaly nanočástice palladia.

Tajemný výzkumný tým UIUC Organic Scum

Absolventi Abinaya Sampath, vlevo, a Tomáš Ricciardulli; profesor chemického a biomolekulárního inženýrství David Flaherty; a postgraduální student Jason Adams. Zápočet: Foto L. Brian Stauffer

„V methanolových experimentech jsme pozorovali spontánní rozklad rozpouštědla zanechávajícího organický zbytek nebo špínu na povrchu nanočástic,“ uvedl Flaherty, profesor chemického a biomolekulárního inženýrství v Illinois. „V některých případech zůstávají zbytkové nečistoty v nanočásticích a místo blokování reakce zvyšují reakční rychlosti a množství produkovaného peroxidu vodíku. Toto pozorování nás nutí přemýšlet, jak to může pomoci.“

Tým se dozvěděl, že zbývající nebo vyšší redoxní mediátory obsahují kyslík, včetně látky obsahující hydroxymethyl. Hromadí se na povrchu nanočástic palladia a otevírá nové cesty chemických reakcí, uvádí studie.

“Jakmile je hotovo, zbytek se stal součástí katalytického cyklu a je pravděpodobně zodpovědný za některé z různých účinností mezi rozpouštědly zaznamenanými za posledních 40 let práce na této reakci,” řekl Flaherty. “Naše práce poskytuje silné důkazy o tom, že tito redoxní mediátoři tvoří alkoholová rozpouštědla a mohou vysvětlit mnoho minulých záhad pro tuto chemii.”

Díky práci s celou řadou experimentů a výpočetních simulací se tým dozvěděl, že tito redoxní mediátoři účinně přenášejí stejný proton a elektron na reaktanty, zatímco reakce přenosu čisté protonové vody jsou okamžité, ale ne elektrony. Mediátoři také přetvářejí povrch nanočástic způsobem, který snižuje energetickou bariéru úspěchu přenosu protonů a elektronů, uvádí studie.

„Ukazujeme, že alkoholová rozpouštědla i organická aditiva mohou reagovat za vzniku mediátorů vázaných na kov, které působí stejným způsobem jako enzymatické kofaktory v našem těle katalyzováním oxidačních a redukčních reakcí,“ uvedl Neurock.

Kromě toho může mít tato práce důsledky pro snížení množství rozpouštědel a odpadů generovaných chemickým průmyslem.

“Náš výzkum naznačuje, že v některých situacích mohou výrobci chemikálií vytvářet redoxní mediátory přidáním malého množství čisté vody namísto čerpání tisíců galonů vody. Organického rozpouštědla reaktory,” uvedl Flaherty.

Reference: „Molekuly rozpouštědla tvoří redoxní mediátory v oblasti a snižují kokatalyzaci kyslíku v Pd“ Jasona S. Adamse, Ashwina Chemburkara, Pranjali Priyadarshiniho, Tomáše Ricciardulliho, Yubing Lu, Vineeta Maliekkala, Abinaya Sampatha, Stuarta Winikoffa, Aymana M. Karima, Matthew Neurock a David W. Flaherty, 5. února 2020, Věda.
DOI: 10.1126 / science.abc1339

Tento výzkum podpořil Energetický a biologický institut prostřednictvím programu EBI-Shell a National Science Foundation.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Naneste na krém Deep Heat

Podle Experimentální biologie 6. května 2021 Studie odhalila zvýšení aerobního výkonu u sportovců, kteří používali krém s hlubokým teplem bez lékařského předpisu. Hluboké tepelné krémy, které sportovci...

Skladování obnovitelné energie v kamenech místo lithiových baterií

V případě přebytku elektřiny z větru nebo slunce se energetická rezerva nabije. To se děje prostřednictvím systému kompresorů a turbín, které čerpají tepelnou...

Byly vyvinuty ploché nudle, které se při vaření transformují do tvaru

CMU Lab vede vývoj nudlí, které se při vaření transformují do tvaru. Fotografický kredit: Carnegie Mellon University Ploché nudle zajišťují udržitelnější balení, přepravu a...

Houby mohou léčit bakterie a obohatit půdu o živiny

Aeroskulární mykorhizní houby se rozprostírají přes dlouhé vláknité struktury zvané krásně až k zemi. Krásy, menší než lidské vlasy, lze vidět mezi kořeny...

Světlo zapíná barvy a vzory objektů

Nový systém využívá ultrafialové světlo, které se promítá na objekty natřené barvou aktivující světlo, ke změně reflexních vlastností barvy a vytváření obrazů během několika...

Newsletter

Subscribe to stay updated.