02.06.2022 - Tokyo Institute of Technology

La synthèse électrochimique désormais possible sans source d'énergie électrique

Le nouveau procédé d'électrosynthèse est indépendant de l'alimentation électrique et peut être utilisé pour la synthèse organique durable, même dans les zones non électrifiées.

La synthèse de composés organiques et de polymères est au cœur de nombreuses industries manufacturières. Les nouvelles méthodes de "synthèse électrisante", qui permettent de combiner la chimie de synthèse classique et l'électrochimie, constituent un pas de plus vers un avenir durable. Ces réactions ne nécessitent pas de réactifs chimiques potentiellement dangereux. Elles permettent de réaliser une synthèse organique en utilisant simplement les électrons d'une source d'énergie électrique pour conduire des réactions d'oxydoréduction.

Outre leur caractère écologique, ces réactions peuvent également être rendues plus ou moins sélectives en ajustant les potentiels électriques. Cependant, leur dépendance à l'égard d'une source d'énergie limite leur application dans des domaines non motorisés comme l'aérospatiale et les grands fonds marins.

La solution à ce problème auto-contradictoire a été présentée par une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Shinsuke Inagi de l'Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech), au Japon. Dans leur récente étude publiée dans Communications Chemistry, l'équipe a fourni une preuve de concept pour la polymérisation électrochimique de monomères aromatiques organiques sans alimentation électrique externe. Le professeur Inagi explique : "Nous avons assisté à un énorme bond en avant dans le développement des réacteurs électrochimiques pour réaliser la synthèse organique, mais la plupart d'entre eux nécessitent une source d'énergie. Nous voulions construire un système indépendant de l'alimentation électrique pour rendre le processus plus accessible. Et nous avons trouvé la réponse à notre quête dans l'électrochimie pilotée par le potentiel d'écoulement".

Qu'est-ce exactement que ce potentiel d'écoulement dont parle le professeur Inagi ?

Lorsqu'un électrolyte s'écoule dans un microcanal, une différence de pression est créée en raison de ce mouvement. Cela conduit à un déséquilibre de charge, qui donne lieu à un potentiel d'écoulement. Pour leurs expériences, l'équipe a utilisé une cellule personnalisée en polyéther éther cétone (ou PEEK) à deux chambres, reliée par des fils de platine et un microtube en PEEK. Ce microtube en PEEK était rempli de ouate afin de créer une chute de pression. Lorsqu'ils ont fait passer un électrolyte dans le microtube, celui-ci a généré un potentiel d'écoulement qui pouvait fournir suffisamment d'énergie pour entraîner les réactions chimiques souhaitées.

Lorsque la cellule fonctionne, les électrodes de la cellule à deux chambres sont soumises à un potentiel de flux en amont et en aval, ce qui permet à la cellule de se comporter comme une électrode bipolaire divisée (BPE). Cette configuration BPE, accompagnée du potentiel d'écoulement généré de 2-3 volts, a permis de créer des conditions propices aux réactions d'oxydoréduction des monomères organiques.

Pour tester les capacités de polymérisation de ce dispositif, l'équipe a choisi deux composés organiques aromatiques : Le pyrrole (Py) et le 3,4-Ethylènedioxythiophène (EDOT). Ces deux monomères ont été électropolymérisés avec succès en polypyrrole (PPy) et poly-EDOT (PEDOT) respectivement, sans utiliser de source d'énergie externe !

Ce nouveau réacteur sous pression, respectueux de l'environnement et indépendant de l'alimentation électrique ouvre de nouvelles voies pour électrifier les réactions de synthèse. Les résultats de cette étude peuvent également s'avérer précieux lors de la conception de nouveaux réacteurs électrochimiques pour la synthèse de composés organiques et de polymères utiles. "Le monde entier s'efforce de rendre les processus industriels essentiels plus écologiques et plus propres. La synthèse organique étant au cœur de nombreuses industries chimiques, nous avons essayé de mettre au point un procédé d'électrosynthèse qui nécessite un minimum de ressources et contribue aux objectifs de développement durable", conclut le professeur Inagi.

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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