巴塞隆納大學研究奈米電極控制化學反應

作者 | 發布日期 2016 年 03 月 22 日 8:01 | 分類 尖端科技 , 科技教育 follow us in feedly
Diels–Alder reaction

化學反應常常只能靠分子隨機的運動,碰巧撞到適當的位置來發生,在生物體中,為了精準的進行以及加速化學反應,有許多奇形怪狀的酵素,能抓住分子,讓它們以正確的位置與角度湊在一起,這種效率與精確讓人類的化工工程師們十分羨慕,所以人類也決定來研究有沒有辦法像拼積木一樣把分子一個個拼裝上去的辦法,如今巴塞隆納大學與 2 家澳洲大學組成的研究團隊,發展出以奈米電極來控制並催化有機化學反應。



研究團隊測試進行的化學反應是狄耳士─阿德爾反應(Diels–Alder reaction),又稱雙烯加成反應,可合成六元環,是有機化學反應中非常重要的碳碳鍵形成辦法,是有機合成中常用的反應。

過去就有許多科學家認為,很多化學反應都可以用施加電場來催化加速,而且不僅僅是氧化還原反應,研究團隊決心證明這點,因此挑選了這個雙烯加成的環生成反應,做法是打造奈米電極,利用奈米電極施加微小電場,然後以掃描穿隧式顯微鏡(scanning tunnelling microscopy,STM)來觀察反應過程。

掃描穿隧式顯微鏡是利用量子穿隧效應(quantum tunneling effect)探測表面原子結構的儀器,所謂量子穿隧效應,指的是當以大量電子撞擊一層薄薄目標時,電子有機率會產生穿隧電流(tunneling current),每當厚度增加 1 Å,穿隧電流會衰減為十分之一,利用這樣的特性,可打造出具原子等級解析度的顯微鏡。

研究團隊觀察到,藉由施加電場,讓要反應的分子方向對正,因此加速了反應的進行,這是首次以電場加速了非氧化還原化學反應。

電場催化是化學合成領域中較少被研究的冷門學問,研究團隊認為這次研究成果顯示施加電場或許可以達成許多過去以傳統方式無法完成的化學反應,開啟了未來化學技術的大門。此次研究於 2016 年 3 月刊載於《自然》(Nature)期刊。

(首圖來源:science daily) 

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