Die Entwicklung neuer und effizienterer katalytischer Methoden zur Steuerung der chemischen Reaktivität und Selektivität ist für Chemiker in den Bereichen chemische Produktion und Grundlagenforschung ein ständiges Ziel. Zunehmende Hinweise deuten darauf hin, dass orientierte externe elektrische Felder als „intelligenter Effektor“ genutzt werden, um eine Reihe chemischer Veränderungen wie chemische Bindung, Selektivität, mechanistische Überkreuzung und Katalyse/Hemmung zu manipulieren.
Im Gegensatz zum herkömmlichen Ansatz zur Beschleunigung der Geschwindigkeit durch Zugabe spezifischer chemischer Einheiten – molekularer Katalysatoren – bietet die elektrostatische Katalyse die entscheidenden Vorteile, dass (1) die Versuchsarbeit beim Screening nach einem geeigneten Katalysator entfällt und (2) die wertvollen Katalysatoren nicht mehr abgetrennt werden müssen aus Produkten, (3) Vermeidung möglicher Risiken nicht nur für die Gesundheit von Experimentatoren, sondern auch für die Umwelt, (4) Hinzufügung der Option, die Reaktivität und Selektivität der Reaktion vorhersehbar nach Belieben anpassen zu können, indem einfach die Ausrichtung und Größe der Reaktion geändert wird OEEFs.
Bislang befindet sich der Proof-of-Concept der elektrostatischen Katalyse jedoch noch im embryonalen Stadium seiner experimentellen Untersuchung, und der Großteil der Forschung war theoretisch.
Ein Artikel, veröffentlicht in der Zeitschrift Wissenschaft China Chemie unter der Leitung von Prof. Weidong Shi und Prof. Long Zhang erforscht die elektrostatische Katalyse und das Potenzial für Fortschritte auf diesem Gebiet.
„Das Konzept der elektrostatischen Katalyse ist auf einige Reaktionen im Nanomaßstab beschränkt, die chemische Reaktionen im präparativen Maßstab nicht verarbeiten können und für die Massensynthese kostspielig und anspruchsvoll sind“, sagt Zhang.
„Man muss vielseitige Plattformen entwickeln, um den Zweig der Katalyse auf eine skalierbare Technologie auszudehnen. Mögliche Strategien umfassen: 1) polare Materialien, nehmen wir das piezoelektrische Nanomaterial als Beispiel, das bei mechanischen Reizen das polarisierte elektrische Feld innerhalb der Piezoelektrika erzeugt, gefolgt.“ durch Induzieren einiger freier Ladungen auf der Oberfläche von Nanomaterialien; 2) durch Reibung induzierte statische Ladungen, Reibung zwischen Dielektrika führt zur Übertragung von entweder Elektronen oder geladenen Molekülfragmenten in die Lösungsmittel, wodurch sofort ein oberflächennahes Feld um die Mikrokügelchen aus Kunststoff erzeugt wird Fehlen von angelegtem Potenzial, Verbindungsdrähten oder leitenden Elektroden.“
„Diese Methoden ermöglichen es einigen reagierenden Molekülen, sich immer zufällig in elektrischen Feldern auszurichten. Insbesondere wurde festgestellt, dass die Moleküle dazu neigen, sich an den ladungsinduzierten Feldern auszurichten, wenn sie sich einer geladenen Oberfläche nähern.“
Darüber hinaus wären Mikrotröpfchenumgebungen, vorgespannte Elektroden und metallorganische Gerüste alternative Plattformen für eine effektivere elektrostatische Katalyse.
Shi sagt: „Der Einsatz elektrischer Felder als grüne Katalysatoren hat das Potenzial, die Verarbeitungstechnologie zu revolutionieren, indem er effizientere, nachhaltigere und selektivere chemische Umwandlungen ermöglicht. Da die Forschung in diesem Bereich weiter voranschreitet, ist es wahrscheinlich, dass wir eine breitere Akzeptanz erleben werden.“ von auf elektrischen Feldern basierenden Technologien in verschiedenen Branchen, die zu einer nachhaltigeren und umweltfreundlicheren Zukunft führen.“
Mehr Informationen:
Xiaoxue Song et al., Elektrostatik fördert grüne Katalyseereignisse, Wissenschaft China Chemie (2023). DOI: 10.1007/s11426-023-1604-6