Científicos del King's College de Londres, en colaboración con la Universidad de Barcelona y ETH Zurich, han desarrollado un método nuevo, más ecológico y más económico para acelerar reacciones químicas. En lugar de utilizar catalizadores metálicos costosos y contaminantes, el equipo demostró que los campos eléctricos pueden catalizar reacciones para producir compuestos químicos.

Sobre la base de una investigación anterior publicada en 2016 que demostró que un campo eléctrico podría catalizar reacciones en una brecha de nanoescala, los científicos del Departamento de Química mejoraron la metodología para catalizar eléctricamente reacciones en un electrodo de área de un centímetro. Esto abre el camino a una alternativa más limpia a los catalizadores a base de metal, transformando potencialmente la forma en que se producen los compuestos químicos.

Acelerar las reacciones químicas entre moléculas mediante catálisis es fundamental para fabricar los nuevos materiales que requieren una variedad de industrias y tecnologías que producen productos de alto valor agregado, como los productos farmacéuticos. Actualmente, estas reacciones se basan principalmente en catalizadores que contienen metales preciosos como platino, paladio y rodio.

Su extracción no sólo es muy costosa y dañina para el medio ambiente, sino que la práctica utiliza grandes cantidades de energía y los subproductos tóxicos son difíciles y costosos de eliminar.

Permitir la catálisis a través de campos eléctricos permite una solución más barata, más eficiente energéticamente y menos contaminante para este problema.

"El uso de campos eléctricos como único catalizador para reacciones químicas se ha predicho teóricamente desde hace mucho tiempo. La idea surgió de científicos que estudiaban los mecanismos de la catálisis enzimática en la naturaleza, quienes predijeron que grandes campos eléctricos dentro de los sitios activos de la enzima podrían actuar como catalizadores en reacciones enzimáticas. reacciones químicas", afirma el profesor Ismael Diez Pérez.

"En 2016, en King's, probamos esta teoría en el laboratorio. Al exponer dos reactivos a una brecha a nanoescala con voltaje polarizado, creamos un campo de fuerza que acelera la formación del producto de reacción".

"Desde entonces, hemos desarrollado una nueva tecnología para permitir la producción química electrificada a una escala mucho mayor. Diseñamos una celda de microfluidos que crea un flujo continuo de reactivos que se catalizan juntos dentro de un campo eléctrico. La interfaz de los electrodos confinados dentro el canal de microfluidos induce una reacción química en áreas de centímetros de los electrodos, produciendo nuevos compuestos químicos."

El profesor Diez Pérez y su equipo creen que este proceso podría transformar la industria farmacológica, que depende de la producción de compuestos químicos muy finos y de valor agregado, normalmente muy costosos de producir mediante métodos de catálisis tradicionales. Los científicos incluso predicen que el campo eléctrico podría controlarse para formar compuestos químicos isoméricos puros, un paso vital en la producción de fármacos que tengan la forma molecular adecuada para que el cuerpo humano los reconozca.

"Este avance señala el comienzo de un cambio muy emocionante en la transformación de la forma en que gestionamos la catálisis. Ahora hemos demostrado que los campos eléctricos se pueden ampliar para producir miligramos de compuestos químicos; el siguiente paso es construir modelos aún más grandes para su uso en todo el mundo. muchos campos e industrias diferentes, lo que permite métodos de producción más baratos y ecológicos", dice Deiz Pérez.

El trabajo está publicado en la revista Nature Communications. .