การสังเคราะห์ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์อย่างปลอดภัยโดยได้รับแรงบันดาลใจจากธรรมชาติ

การรายงานในJACSนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยคิวชูได้พัฒนากระบวนการใหม่เพื่อสังเคราะห์สารเคมีนี้โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันใหม่ที่ได้รับแรงบันดาลใจจากธรรมชาติ ยิ่งไปกว่านั้น กระบวนการนี้ปลอดภัยกว่าวิธีการทั่วไปอย่างมาก นักวิทยาศาสตร์รายงานการสังเคราะห์ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์มากว่าสองร้อยปีแล้ว มาตรฐานอุตสาหกรรมในปัจจุบันเป็นวิธีการที่เรียกว่า 'วิธีแอนทราควิโนน' ซึ่งเป็นกระบวนการทางอ้อมและทีละขั้นตอนซึ่งมีมาตั้งแต่สมัยสงครามโลกครั้งที่สอง อย่างไรก็ตาม ในขณะที่ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์หรือ H 2 O 2นั้นค่อนข้างไม่เป็นอันตราย แต่บางครั้งการผลิตก็ไม่ได้เป็นเช่นนั้น "วิธีการสังเคราะห์ในปัจจุบันสิ้นเปลือง นี่เป็นผลมาจากการติดไฟได้สูงของส่วนผสมของไฮโดรเจนและออกซิเจน และความต้องการของวัสดุที่แตกต่างกัน" ศาสตราจารย์ Seiji Ogo จากคณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยคิวชู ผู้เขียนงานวิจัยอธิบาย Ogo และทีมงานของเขาแสวงหาแนวทางที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้นสำหรับการผลิต H 2 O 2โดยมองหาแรงบันดาลใจจากธรรมชาติ พวกเขามุ่งความสนใจไปที่ชุดของเอนไซม์ที่เรียกว่า 'ไฮโดรจีเนส' โดยเฉพาะ เหล่านี้คือเอนไซม์ที่พบในจุลินทรีย์ extremophile - สิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นมิตรอย่างยิ่ง เช่น ก้นมหาสมุทร อีกสถานที่หนึ่งสำหรับกิจกรรมสุดขั้วคือบ่อน้ำพุร้อนของญี่ปุ่น นี่คือที่ที่ Ogo และเพื่อนร่วมงานพบ Hydrogenase S-77 ไฮโดรจีเนสแสดงคุณสมบัติที่ดีในการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากไฮโดรเจนไปยังโมเลกุลออกซิเจน ธรรมชาติ ซึ่งเป็นเหตุการณ์สำคัญสำหรับการสังเคราะห์ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ "ไฮโดรเจนเนส S-77 เป็นแหล่งที่มาของแรงบันดาลใจสำหรับงานก่อนหน้าในห้องปฏิบัติการของฉัน ซึ่งเราสร้างตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันโดยใช้โรเดียม" Ogo อธิบาย "ตัวเร่งปฏิกิริยาทำงานโดยอำนวยความสะดวกในการถอนอิเล็กตรอนจากโมเลกุลไฮโดรเจนแล้วบริจาคให้กับโมเลกุลออกซิเจน อย่างไรก็ตาม มันทำให้ผลผลิตต่ำ" ในการศึกษาใหม่ของพวกเขา ตัวเร่งปฏิกิริยาได้รับการปรับปรุงโดยการรวมเอ็น-เฮเทอโรไซคลิก คาร์บีน ลิแกนด์สำหรับขั้นตอนการรีดักชัน ซึ่งนำไปสู่จำนวนการหมุนเวียน ซึ่งเป็นผลสะท้อนถึงประสิทธิภาพของปฏิกิริยา ซึ่งสูงกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาก่อนหน้าถึง 250 เท่า และเป็นหนึ่งในรายงานสูงสุดสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกัน นอกจากนี้ ไม่เหมือนกับวิธีแอนทราควิโนนทั่วไปตรงที่ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันแบบใหม่นี้ต้องการเพียงขั้นตอนเดียวและไม่มีการแยกก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซออกซิเจนออกจากขวดปฏิกิริยา ดังนั้น ด้วยการพัฒนาที่มากขึ้น ตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่อาจนำไปสู่กระบวนการที่ต้องใช้วัสดุน้อยลงและต้นทุนที่ต่ำลงในระดับอุตสาหกรรม "กระบวนการใหม่นี้เป็นปฏิกิริยาที่เหมาะสำหรับการสังเคราะห์ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ เนื่องจากเกี่ยวข้องกับส่วนผสมของปฏิกิริยาที่ปลอดภัย ปฏิกิริยาในภาชนะเดียว และการสังเคราะห์โดยตรงโดยใช้ไฮโดรเจนและออกซิเจนเท่านั้น" Ogo สรุป "บริษัทต่าง ๆ มักจะมองหาวิธีการลดต้นทุนการผลิต ตัวเร่งปฏิกิริยาของเราอาจเป็นทรัพยากรที่สำคัญสำหรับหลาย ๆ อุตสาหกรรม"