随着世界从天然气转向电力作为更环保的能源，待办事项清单不仅仅是汽车。生产从电池到化肥等各种产品的庞大全球制造网络也需要转变。

芝加哥大学化学家的一项研究发现了一种利用电来促进化学反应的方法，这种化学反应通常用于合成新的候选药物。

该研究于 1 月 2 日发表在《自然催化》杂志上，是电化学领域的一项进步，展示了一条设计和控制反应并使其更具可持续性的道路。

“我们想要做的是了解电极界面的基本水平上发生的情况，并利用它来预测和设计更有效的化学反应，”芝加哥大学纽鲍尔家族助理教授兼该论文的资深作者 Anna Wuttig 说。“这是朝着最终目标迈出的一步。”

化学复杂性

在某些化学反应中，电力可以提高产量，而且由于您可以从可再生能源中获得所需的电力，因此它可以成为使全球化学工业变得更加绿色的一部分。

但众所周知，电化学领域尤其复杂。科学家们对分子相互作用还有很多不了解，特别是因为您必须将导电固体(电极)插入混合物中才能提供电力，这意味着分子与电极以及彼此之间相互作用。对于试图理清每个分子所扮演的角色及其顺序的科学家来说，这使得本已复杂的过程变得更加复杂。

然而，Wuttig 希望将其转化为优势。“如果你将其视为电化学为我们提供了任何其他系统中不可能实现的独特设计杠杆，该怎么办?” 她说。

在这种情况下，她和她的团队专注于为反应提供电力的电极表面。

“有迹象表明表面本身具有催化作用，它发挥着作用，”伍蒂格说，“但我们不知道如何在分子水平上系统地控制这些相互作用。”

他们对一种常用于制造医药化学品的反应进行了修改，以在两个碳原子之间形成键。

根据理论预测，当这个反应用电进行时，反应的产率应该是100%——也就是说，所有进入的分子都会变成一种新物质。但当你在实验室中实际运行该反应时，产量会较低。

研究小组认为电极的存在会吸引一些分子远离反应过程中需要它们的地方。他们发现添加一种关键成分可能会有所帮助：添加到液体溶液中的一种称为路易斯酸的化学物质可以改变这些分子的方向。

“你会得到近乎干净的反应，”伍蒂格说。

促进变革

此外，该团队能够使用特殊的成像技术来观察分子水平上的反应展开。“你可以看到调制剂的存在对界面结构产生深远的影响，”她说。“这使我们能够可视化并理解正在发生的事情，而不是将其视为黑匣子。”

Wuttig 说，这是至关重要的一步，因为它展示了一条不仅能够在化学中使用电极，而且能够预测和控制其影响的道路。

另一个好处是电极可以重复用于更多反应。(在大多数反应中，催化剂溶解在液体中，并在纯化过程中排出以获得最终产品)。

“这是迈向可持续合成的一步，”她说。“展望未来，我的团队非常高兴能够使用这些类型的概念和策略来规划和解决其他综合挑战。”

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