Évolution de la formation de colorant sur 48 heures de temps de réaction, après dissolution d'une quantité égale de solide dans une quantité égale de solvant. Crédit :Université Aalto/Sandra Kaabel
Les phtalocyanines sont utilisées dans la production d'énergie renouvelable, la détection, la nanomédecine et plus encore. Des chercheurs de l'Université Aalto ont démontré comment le colorant peut être produit d'une manière plus verte qui minimise les solvants organiques à point d'ébullition élevé, en utilisant à la place la synthèse à l'état solide.
Les colorants organiques (contenant du carbone) jouent un rôle important dans la nature. Par exemple, ils sont responsables du transport de l'oxygène et d'autres gaz dans le corps (dans le cadre de l'hémoglobine) et de la conversion de l'énergie solaire en énergie chimique dans la photosynthèse (chlorophylle).
Une classe de colorants organiques artificiels est constituée de phtalocyanines, qui sont largement appliquées dans les processus industriels, la détection, la nanomédecine, les cellules solaires et d'autres optoélectroniques. Cependant, la production de phtalocyanines n'est pas sans poser de problèmes, déclare Eduardo Anaya, chercheur à l'Académie Aalto et l'un des principaux auteurs de la nouvelle étude.
"Les phtalocyanines sont produites en utilisant de nombreux solvants tels que le diméthylaminoéthanol (DMAE). Il est corrosif, inflammable, bioactif et nocif pour l'environnement."
Anaya et ses collègues de l'Université Aalto ont démontré comment les phtalocyanines peuvent être produites de manière plus respectueuse de l'environnement grâce à la synthèse à l'état solide. Leurs recherches, publiées dans la revue Angewandte Chemie International Edition , a été classé dans la catégorie "papier brûlant".
L'industrie de l'Union européenne utilise à elle seule 10 000 tonnes de DMAE par an pour de nombreux processus différents. Dans cette nouvelle méthode introduite par les chercheurs d'Aalto, la quantité de solvant est réduite de plus de 99 %, explique la chercheuse postdoctorale Sandra Kaabel, une autre des principales auteures.
L'équipe de recherche a utilisé le phtalonitrile comme matière première, un composé organique couramment utilisé dans la production de colorants. Il a d'abord été traité avec quelques gouttes de DMAE et une matrice de zinc par broyage à billes, après quoi le mélange réactionnel solide a été vieilli dans un four à 55 °C pendant une semaine ou à 100 °C pendant 48 heures.
"C'était fascinant de voir comment la couleur est passée du blanc au vert et s'est transformée en un bleu profond dans le four. Vous pouviez voir de vos propres yeux comment la méthode fonctionnait", explique Kaabel. "Grâce aux méthodes à l'état solide, nous pouvons produire des produits chimiques sans avoir à dissoudre les composants de la réaction."
Produit final brut tel qu'obtenu après la synthèse à l'état solide. Crédit :Université Aalto/Sandra Kaabel
Dans la méthode traditionnelle, un solvant est chauffé entre 160 et 250°C et le rendement global est assez faible par rapport aux matériaux et au temps passé. La méthode respectueuse de l'environnement développée par les chercheurs d'Aalto a quadruplé le rendement espace-temps en éliminant la majeure partie du solvant et en effectuant les réactions à une température plus basse.
Exemple tiré de la nature, idée brassée autour d'un café
La structure moléculaire de la phtalocyanine la rend adaptable à un large éventail d'applications.
"La nature est une source d'inspiration, ayant créé des couleurs organiques à de nombreuses fins différentes au cours de millions d'années", déclare Anaya. "Nous pouvons les capturer telles quelles et utiliser les couleurs dans la photosynthèse artificielle pour produire de l'énergie, par exemple, ou pousser les idées encore plus loin."
Les idées de nouvelles solutions de biomatériaux sont affinées au FinnCERES, un centre de compétences partagé par l'Université Aalto et le Centre de recherche technique VTT de Finlande. Le groupe de recherche travaille au sein du projet FinnCERES connu sous le nom de SolarSafe pour développer un matériau cellulosique qui s'auto-stérilise par une réaction initiée par un colorant et la lumière et qui pourrait être appliqué en biomédecine.
Ces nouvelles idées naissent de rencontres, à l'intérieur et à l'extérieur du laboratoire.
"L'idée de notre nouvelle façon de produire des colorants est également née de notre remue-méninges dans le café, puis nous avons juste commencé à expérimenter", explique Daniel Langerreiter, le premier auteur et titulaire d'un doctorat. étudiant du groupe. L'équipe utilise de l'eau chaude pour former un photocatalyseur
