发布日期： 2024年01月04日
来源：AAAS
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随着世界从天然气转向作为更环保能源的电力，要做的事情不仅仅是汽车。制造从电池到化肥等一切产品的庞大的全球制造网络也需要拨动开关。
芝加哥大学化学家的一项研究发现了一种利用电来促进一种化学反应的方法，这种化学反应通常用于合成新的候选药物。
这项研究发表在1月2日的《自然催化》杂志上，是电化学领域的一个进步，为设计和控制反应指明了一条道路，并使其更可持续。
论文的资深作者Anna Wuttig说：“我们想做的是了解在电极界面的基本层面上发生了什么，并用它来预测和设计更有效的化学反应，这是朝着最终目标迈出的一步。”
在某些化学反应中，电力可以提高产量，而且因为你可以从可再生能源中获得所需的电力，这可能是使全球化学工业更环保的一部分。
但是电化学，这个众所周知的领域，是特别复杂的。科学家们对分子间的相互作用还有很多不了解的地方，特别是因为你必须在混合物中插入导电固体(电极)来提供电力，这意味着分子之间不仅要相互作用，还要与电极相互作用。对于试图理清每个分子的作用和顺序的科学家来说，这使本已复杂的过程变得更加复杂。
然而，wutig想把这变成一种优势。“如果你把它想象成电化学，为我们提供了一个独特的设计杠杆，这在任何其他系统中都是不可能的呢?”她说。
在这种情况下，她和她的团队专注于为反应提供电力的电极表面。
“有迹象表明，表面本身具有催化作用，它起着一定的作用，但我们不知道如何在分子水平上系统地控制这些相互作用。”
他们修补了一种通常用于制造医药化学品的反应，在两个碳原子之间形成了一个键。
根据理论预测，当这个反应是用电进行时，反应的产率应该是100%——也就是说，所有进入的分子都变成了一种新的物质。但当你在实验室中实际进行反应时，产率会更低。
研究小组认为，电极的存在会诱使一些分子离开反应过程中需要它们的地方。他们发现，添加一种关键成分可能会有所帮助:一种被称为路易斯酸的化学物质被添加到液体溶液中，使这些分子重新定向。
“你会得到一个近乎干净的反应，”Wuttig说。
此外，该团队能够使用特殊的成像技术来观察分子水平上的反应。“你可以看到调制器的存在对界面结构有深远的影响，这使我们能够可视化并理解正在发生的事情，而不是将其视为一个黑匣子。”
这是至关重要的一步，吴提格说，因为它展示了一条前进的道路，不仅可以在化学中使用电极，而且还可以预测和控制其效果。
另一个好处是电极可以重复用于更多的反应。(在大多数反应中，催化剂溶解在液体中，并在纯化过程中排出，以得到最终产物)。
“这是朝着可持续合成迈出的一步，展望未来，我的团队非常兴奋地使用这些类型的概念和策略来规划和解决其他合成挑战。”
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