مواد و ساخت پیشرفته

دانشمندان کالج کینگ لندن با همکاری دانشگاه بارسلونا و مؤسسه فناوری فدرال زوریخ روشی جدید، سبزتر و ارزان‌تر برای تسریع واکنش‌های شیمیایی توسعه داده‌اند. این تیم به جای استفاده از کاتالیزورهای آلاینده و گرانقیمت مبتنی بر فلز، ثابت کردند که میدان‌های الکتریکی می‌توانند واکنش‌ها را برای تولید ترکیبات شیمیایی کاتالیز کنند.

با تکیه بر تحقیقات قبلی منتشر شده در سال 2016 میلادی که ثابت کرد یک میدان الکتریکی می‌تواند واکنش‌ها را در یک شکاف در مقیاس نانو کاتالیز کند، این دانشمندان روش کاتالیز الکتریکی واکنش‌ها را بر روی یک الکترود در مساحت سانتی‌متری ارتقا دادند. این کار راه را برای جایگزینی تمیزتر، برای کاتالیزورهای مبتنی بر فلز باز می‌کند که به طور بالقوه روش تولید ترکیبات شیمیایی را تغییر می‌دهد.

تسریع واکنش‌های شیمیایی بین مولکول‌ها از طریق کاتالیز برای ساخت مواد جدید مورد نیاز طیف وسیعی از صنایع و فناوری‌هایی که محصولات با ارزش افزوده بالا مانند داروسازی تولید می‌کنند، بسیار اهمیت دارد. در حال حاضر، این واکنش‌ها عمدتاً بر کاتالیزورهایی متکی هستند که حاوی فلزات گرانبهایی مانند پلاتین، پالادیوم و رودیم هستند. استخراج اینها نه تنها بسیار پرهزینه و برای محیط‌زیست مضر است بلکه از مقادیر زیادی انرژی استفاده می‌کند و دفع محصولات جانبی سمی دشوار و پرهزینه است.

فعال کردن کاتالیز از طریق میدان‌های الکتریکی راه‌حل ارزان‌تر، کم‌مصرف‌تر و با آلایندگی کمتری را برای این مشکل ممکن می‌سازد. استفاده از میدان‌های الکتریکی به‌عنوان تنها کاتالیزور برای واکنش‌های شیمیایی مدت‌هاست که از نظر تئوری پیش‌بینی شده است. این ایده از دانشمندانی گرفته شد که مکانیسم‌های کاتالیز آنزیمی در طبیعت را مطالعه می‌کردند و پیش‌بینی نمودند که میدان‌های الکتریکی بزرگ در محل‌های فعال آنزیم می‌تواند به عنوان یک کاتالیزور در واکنش‌های شیمیایی آنزیمی عمل کنند.

پروفسور اسماعیل دیز پرز می‌گوید در سال 2016 میلادی در کینگز، ما در واقع این نظریه را در آزمایشگاه ثابت کردیم. با قرار دادن دو واکنش‌دهنده در معرض یک شکاف نانومقیاس بایاس ولتاژ، میدان نیرویی ایجاد کردیم که تشکیل محصول واکنش را تسریع می‌کند. از آن زمان، ما فناوری جدیدی را توسعه داده‌ایم که تولید مواد شیمیایی برق‌دار را در مقیاسی بسیار بزرگ‌تر امکان‌پذیر می‌کند. ما یک سلول میکروسیال طراحی کردیم که جریانی پیوسته از واکنش‌دهنده‌ها را ایجاد می‌کند که با هم در یک میدان الکتریکی کاتالیز می‌شوند. رابط الکترودها در داخل محصور شده‌اند. کانال میکروسیال یک واکنش شیمیایی در نواحی سانتیمتری الکترودها ایجاد می‌نماید و ترکیبات شیمیایی جدیدی تولید می‌کند.

پروفسور دیز پرز و تیمش بر این باورند که این فرآیند می‌تواند صنعت داروسازی را متحول کند که بر تولید ترکیبات شیمیایی بسیار خوب و باارزش افزوده متکی است که معمولاً تولید آنها از طریق روش‌های کاتالیز سنتی بسیار گران است. دانشمندان حتی پیش‌بینی می‌کنند که میدان الکتریکی را می‌توان برای تشکیل ترکیبات شیمیایی ایزومری خالص کنترل کرد که گامی حیاتی در تولید داروهایی است که شکل مولکولی مناسبی برای تشخیص بدن انسان دارند.

دیز پرز ادامه داد که این پیشرفت نشان‌دهنده شروع یک تغییر گام بسیار هیجان‌انگیز در تغییر روش مدیریت کاتالیزور است. ما اکنون ثابت کرده‌ایم که میدان‌های الکتریکی را می‌توان برای تولید میلی‌گرم ترکیبات شیمیایی افزایش داد، قدم بعدی ساخت مدل‌های حتی بزرگ‌تر برای استفاده در سراسر جهان است. در بسیاری از زمینه‌ها و صنایع مختلف که روش‌های تولید ارزان‌تر و سبزتر را ممکن می‌سازد.

منبع

ارتباط با ستاد در صفحات تلگرام - اینستاگرام - بله