آیا می توان با استفاده از روش “سنتز یکجا” دسته جدیدی از مواد را از مواد بسیار متفاوت ایجاد کرد؟ شیمیدانان دانشگاه کنستانز توضیح می دهند که چگونه سنتز چنین مواد جدیدی را امکان پذیر می کنند.
مردم مدتهاست رویای توسعه مواد برای دور زدن چالش های زندگی روزمره را در سر می پرورانند. در حالت ایده‌آل، می‌توان از ترکیبی از ویژگی‌های مواد مختلف استفاده کرد و از مزایای آنها و در عین حال اجتناب از معایب بهره برد. در شیمی، این مفهوم برای مواد هیبریدی، به ویژه با ترکیب ترکیبات آلی و معدنی به کار رفته است.
مواد آلی به دلیل تنوع عملکردی خود شناخته می شوند، در حالی که مواد معدنی پایداری برتر را ارائه می دهند. با این حال، ادغام مواد آلی و معدنی به دلیل شرایط واکنش متفاوتی که برای تشکیل آنها لازم است، چالش های مهمی را به همراه دارد. تیم تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور Miriam Unterlass در دانشگاه کنستانز از روشی استفاده می‌کند که این شرایط متضاد را متعادل می‌کند و اجازه می‌دهد واکنش‌ها به طور همزمان و به صورت هم افزایی در یک ظرف واکنش رخ دهند. شیمیدانان نام این روش را «سنتز یک گلدانی» گذاشته اند.
محققان این روش را برای دستیابی به شرایط واکنش بهینه، شبیه به پختن یک غذای کامل یک دیگ، تنظیم کرده اند، جایی که هر ماده باید به حالت مناسب آماده شود. کلید موفقیت آنها کنترل دقیق فشار، دما و زمان به همراه انتخاب صحیح مواد موجود یا به قول شیمیدانان مواد اولیه است.
فرانک سیلر، که نقش مهمی در سنتز یک گلدان در حین پیگیری تز دکترای خود داشت، می‌گوید: زیبایی رویکرد ما در سادگی آن است. ما از کاتالیزورها و حلال‌های سمی اجتناب می‌کنیم و فقط از ایزوپروپانول، یک ضدعفونی‌کننده رایج، به عنوان حلال استفاده می‌کنیم. این باعث می‌شود فرآیند ما هم پایدار و هم سازگار با محیط زیست باشد.» مواد به دست آمده، به نام pigment@TiO ۲ از مولکول های رنگی خاص، معروف به رنگدانه های آلی، و دی اکسید تیتانیوم لایه ای تشکیل شده اند. آیا نتایج سنتز یک گلدان واقعاً بهترین هر دو جهان است؟ در واقع، آنها بسیار بیشتر از این هستند. فرانک سیلر آن را اینگونه توصیف می‌کند: «ما نمی‌خواهیم فقط به مجموعه‌ای از ویژگی‌های هر دو جزء منفرد دست یابیم، بلکه می‌خواهیم ویژگی‌های جدید و هم‌افزایی داشته باشیم که هیچ یک از مواد منفرد نشان نمی‌دهند.» این ویژگی های هم افزایی باعث می شود که مواد Pigment@TiO ۲ به ویژه برای کاربردهای باتری مناسب باشند.
چرا در گذشته از این روش برای ساخت چنین مواد هیبریدی استفاده نمی شد؟ فرانک سیلر توضیح می دهد: “این به این دلیل است که این ایده بسیار غیرعادی است. اجزای آلی معمولاً در شرایط واکنش استفاده شده سنتز نمی شوند.”
یافتن چنین مواد و مسیرهای واکنش یکی از اهداف تحقیقاتی است که توسط تیم تحقیقاتی میریام آنترلاس دنبال می شود. آنها مطالعه می کنند که چگونه فرآیندهای سنتز شیمیایی را می توان بهینه کرد تا منجر به مواد پیشرفته بهتر و پایدارتر شود. میریام آنترلاس می‌گوید: «هدف ما این است که مواد بهتری را سریع‌تر و به روشی سازگارتر با محیط زیست تولید کنیم.
Materials provided by University of Konstanz. Note: Content may be edited for style and length.
