MIT開發出微電流加速觸媒反應之方法,反應速度最大可提高10萬倍

 

刊登日期:2024/4/8
  • 字級

麻省理工學院(MIT)透過對有機合成反應中常用的酸類熱化學觸媒施加數百mV的相對較小電位,成功地將反應速度最大提高了10萬倍。且此方法的有效性已在使用磷鎢酸(Phosphotungstic Acid)觸媒之泛用化學品原料1-甲基環戊醇(1-Methylcyclopentanol)的脫水反應中得到證明。今後此項研究成果可望做為一項使用少量能源的簡單技術,應用於石油化學、醫藥製造等諸多重要的工業化學反應用途。

在葡萄糖分解、酒精發酵等與生物體相關的氧化還原反應中,許多酵素發揮催化作用的稱之為「氧化還原酵素機能電極反應」,而活用此項反應的生物感測器、生物燃料電池等開發亦持續推展中。但由於氧化還原反應涉及透過酵素進行電子交換,因此電場在觸媒反應中的作用極為重要,且已知透過施加電位可讓反應速率獲得顯著提升。

另一方面,在石化、醫藥等化學工業界主流使用之酸觸媒的氧化有機合成反應中,活性表面上分子的結合能很重要,且不涉及氧化還原反應,因此到目前為止尚未就電位負載進行系統性的研究。MIT指出,一般熱化學酸觸媒的研究人員未考慮電位對觸媒表面的作用,且不具備有效的電位測量方法。此外,電化學觸媒與熱化學觸媒的研究人員之間幾乎沒有交流。

有鑑於此,MIT就電化學觸媒研究人員而言常見的電場作用,進行了酸觸媒有機合成反應的可能性。在利用磷鎢酸觸媒之泛用化學品原料1-甲基環戊醇的脫水反應進行調查後,發現透過施加380 mV的電位負載,反應速率最大可提高至10萬倍。

透過詳細的機制研究,推測由於促進了準平衡質子轉移,從而有效地切斷了C-O鍵。此外,在使用Ti/TiOyHx觸媒的1-甲基環戊醇脫水反應與使用磷鎢酸觸媒的苯甲醚(Anisole)夫里德耳-夸夫特醯化(Friedel-Crafts Acylation Reaction)反應中,亦確認因電位負載而引起的反應速率呈現大幅提升。MIT表示,此項研究成果不論是電化學或熱化學的觸媒反應,都將可望徹底改變對於觸媒設計、反應促進的思考方式。


資料來源: https://engineer.fabcross.jp/archeive/240308_catalytic-reactions.html
分享