Liaison halogène pour la séparation électrochimique sélective
Démonstration de la voie vers un traitement chimique durable
Grâce à un nouveau polymère qui n'attire certaines substances des solutions que lorsqu'il est activé électriquement, les chercheurs ont franchi une étape importante vers la séparation chimique durable.
Une équipe de l'université de l'Illinois Urbana-Champaign a publié dans la revue JACS Au la première démonstration d'une séparation électrochimique sélective par liaison halogène . Ce résultat a été obtenu par l'ingénierie d'un polymère qui module la densité de charge sur un atome d'halogène lorsque l'électricité est appliquée. Le polymère n'attire alors que certaines cibles - telles que les halogénures, les oxyanions et même les molécules organiques - à partir de solutions organiques, une caractéristique qui a des implications importantes pour les produits pharmaceutiques et les processus de synthèse chimique.
"La séparation chimique revient à fabriquer une éponge qui n'absorbe que le produit chimique voulu dans un mélange", explique Xiao Su, professeur d'ingénierie chimique et biomoléculaire et responsable du projet. "Bien que la séparation électrochimique soit utilisée dans certains contextes, il peut être difficile de s'assurer qu'elle n'absorbe que ce qui est nécessaire. Dans ce travail, nous avons fabriqué une 'éponge électrique' au niveau moléculaire qui ne retient que des composants particuliers des mélanges".
Dans l'industrie, la séparation chimique est souvent réalisée par des procédés thermiques ou des membranes de filtration, mais ces méthodes génèrent des déchets matériels. Les alternatives basées sur des mécanismes électrochimiques réduiraient les déchets et bénéficieraient de sources d'électricité durables. Bien que ces mécanismes soient déjà utilisés dans des applications telles que la désalinisation, les substances qu'ils attirent ne sont pas sélectives.
Les chercheurs sont parvenus à une séparation électrique sélective grâce à une interaction chimique appelée liaison halogène, dans laquelle une molécule cible est attirée par un polymère donneur d'halogène sensible à l'oxydoréduction en raison de la forte charge positive partielle de l'atome d'halogène, appelée "trou sigma". L'équipe a exploité cette interaction en concevant un polymère contenant un atome d'halogène iodé et du ferrocène, un centre d'oxydoréduction actif qui module la force de liaison de l'iode lorsque de l'électricité externe est appliquée. Le trou sigma de l'iode est activé lorsque le ferrocène s'oxyde, créant une forte charge positive qui attire les ions chargés négativement.
La liaison halogène est un domaine bien étudié, quoique spécialisé, de la chimie fondamentale, mais notre équipe est la première à s'inspirer de ce concept et à l'utiliser pour mettre au point une "éponge" fonctionnelle", a déclaré Nayeong Kim, étudiant diplômé du groupe de recherche de Su et auteur principal de l'étude. "La force de la liaison halogène est ce qui permet la sélectivité, puisqu'elle sélectionne les ions qui ont une grande affinité avec l'atome d'halogène".
Le groupe de recherche de Su a conçu le polymère redox-actif et l'a ensuite testé dans diverses solutions organiques. Après avoir constaté que le polymère pouvait effectivement sélectionner des ions spécifiques dans un mélange, la présence de la liaison halogène a été confirmée par des expériences de résonance magnétique nucléaire et de diffusion Raman. Le groupe de Su a collaboré avec Alex Mironenko, professeur d'ingénierie chimique et biomoléculaire, qui a mené des recherches informatiques sur le polymère afin de comprendre les mécanismes sous-jacents de l'activation du centre d'oxydoréduction.
"Maintenant que nous avons démontré la séparation électrochimique moléculaire, les prochaines étapes consisteront à affiner le processus et à le mettre à l'échelle", a déclaré M. Su. "Cela inclut l'exploration de stratégies de mise à l'échelle, telles que le modèle en cascade, pour améliorer la pureté du produit final, la conception d'un système d'électrosorption en continu et l'étude du processus en dehors des conditions de laboratoire.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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