„Elektrisierende“ Leistung für mehr Su

Neues, kostengünstiges Material kann mit minimalem Energieaufwand und ohne gefährliche Chemikalien hergestellt werden

Flinders-Universität

Bild: Chemiker der Flinders University haben eine neue Möglichkeit entdeckt, „grüne“ Polymere aus kostengünstigen Bausteinen mit nur wenig Strom herzustellen.mehr sehen

Bildnachweis: Flinders University

Chemieforscher der Flinders University sind „auf Gold gestoßen“, als sie einen neuen Weg entdeckten, mit dem sich „grüne“ Polymere aus kostengünstigen Bausteinen mit nur wenig Strom herstellen lassen.

Die Reaktion ist schnell und findet bei Raumtemperatur statt. Es sind keine gefährlichen chemischen Initiatoren erforderlich – nur Elektrizität, mit vielen potenziellen Einsatzmöglichkeiten, unter anderem beim Goldabbau und beim Recycling von Elektroschrott, enthüllte ein interdisziplinäres Team in einem Artikel, der gerade im renommierten Journal of the American Chemical Society veröffentlicht wurde.

Während jedes Jahr Hunderte Millionen Tonnen Kunststoff produziert werden, von denen bis zur Hälfte für einzelne Zwecke verwendet werden, arbeitet die Forschungsgruppe der Flinders University an nachhaltigeren Optionen. Der bei der Produktion verbrauchte Strom trägt zur Umweltverschmutzung und zur globalen Erwärmung bei.

„Der Einsatz von Elektrizität zur Herstellung neuer Materialien ist ein aufstrebendes Forschungsgebiet, das viele Türen für neue Chemikalien und Polymere öffnet, die auf nachhaltigere Weise hergestellt werden können“, sagt Co-Autor Dr. Thomas Nicholls, ein Experte für den Einsatz von Elektrochemie zur Herstellung wertvolle Moleküle.

Der Prozess beginnt mit der Zugabe eines Elektrons zum Grundbaustein oder Monomer. Nach dem „Stromschlag“ des Monomers reagiert es mit einem anderen Baustein in einer Kettenreaktion, die zur Bildung eines Polymers führt.

Erstautorin und Doktorandin Jasmine Pople sagt: „Unsere Methode zur elektrochemischen Herstellung von Polymeren liefert neue Materialien, die hochfunktionell und umweltfreundlich sind.“

„Der Einsatz von Elektrizität zur Herstellung wertvoller Moleküle nimmt aufgrund seiner Vielseitigkeit schnell zu. Darüber hinaus kann es zu weniger Abfall als bei herkömmlichen chemischen Synthesen kommen und es kann mit erneuerbarer Energie betrieben werden.“

Das vom Team hergestellte Schlüsselpolymer verfügt über Schwefel-Schwefel-Bindungen in seinem Rückgrat. Diese Schwefelgruppen können nützliche Dinge bewirken und beispielsweise Edelmetalle wie Gold binden. Das Team zeigte, dass das Schlüsselpolymer 97 % des Goldes aus Lösungen entfernen kann, die für den Bergbau und das Recycling von Elektroschrott relevant sind.

Auch die Schwefel-Schwefel-Bindungen können aufgebrochen und neu gebildet werden. Diese interessante Eigenschaft ermöglichte es dem Team, Bedingungen zu finden, um das Polymer wieder in seinen ursprünglichen Baustein umzuwandeln. Dies ist ein wichtiger Fortschritt im Recycling.

Wenn gewöhnliche Kunststoffe recycelt werden, werden sie normalerweise einfach erhitzt und zu einem neuen Produkt umgeformt. Dieser Prozess kann zu Abbau und Downcycling (Umwandlung in ein weniger wertvolles Material) führen, was schließlich zur Entsorgung auf einer Mülldeponie führt.

Im Gegensatz dazu können die in der neuesten Forschung von Wissenschaftlern der Flinders University hergestellten Polymere chemisch in hoher Ausbeute wieder in ihre Grundbausteine ​​umgewandelt werden – was bedeutet, dass der Baustein wieder zur Herstellung neuer Polymere verwendet werden kann.

Das Team führte außerdem quantenmechanische Berechnungen durch, um die Einzelheiten der Funktionsweise der Reaktion zu verstehen. Die Ergebnisse waren überraschend und zufällig.

„Die Polymerisation verfügt über einen cleveren Selbstkorrekturmechanismus: Immer wenn die falsche Reaktion auftritt, kehrt sie sich um, bis die richtige Reaktion abläuft, wodurch ein einheitliches Polymer gewährleistet wird“, sagt Dr. Le Nhan Pham, wissenschaftlicher Mitarbeiter für Computer- und physikalische Chemie

Zukünftige Anwendungen dieser Materialklasse umfassen Umweltsanierung, Goldabbau und die Verwendung des Polymers als antimikrobielles Mittel.

Diese Arbeit wird durch ein ARC Discovery-Stipendium „Unusual Trisulfide Chemistry“ finanziert, das von Future Fellow und Matthew Flinders Professor für Chemie Justin Chalker und Associate Professor Zhongfan Jia in Zusammenarbeit mit Dr. Tom Hasell an der University of Liverpool (DP230100587) geleitet wird.

Der Artikel „Electrochemical synthesize of poly(trisulfides)“ wurde im Journal of the American Chemical Society (JACS) DOI: 10.1021/jacs.3c03239 veröffentlicht

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.3c03239#

Zeitschrift der American Chemical Society

10.1021/jacs.3c03239

Experimentelle Studie

Unzutreffend

Elektrochemische Synthese von Poly(trisulfiden)'

18. Mai 2023

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