Các nhà nghiên cứu tại Đại học Missouri, hợp tác với Công ty Dược phẩm Novartis, đã phát triển một kỹ thuật điện hóa tiên tiến và thân thiện với môi trường. Phương pháp mới này sử dụng nước có tính “xà phòng hóa” – các micelle được tạo thành từ axit amin tự nhiên và dầu dừa – kết hợp với điện năng để thúc đẩy các phản ứng hóa học theo cách an toàn và bền vững hơn.
Micelles là một cụm phân tử có đầu ưa nước và đuôi kị nước, được ứng dụng nhiều nhất trong các sản phẩm làm sạch da như nước tẩy trang, sữa rửa mặt.
Khác với các quá trình điện hóa truyền thống vốn phụ thuộc vào dung môi và chất điện phân độc hại, phương pháp này mang đến một giải pháp thay thế không độc hại. Phát minh này, do Phó Giáo sư Sachin Handa và nghiên cứu sinh Karanjeet Kaur tiến hành thực hiện, có thể giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất dược phẩm và thúc đẩy các công nghệ năng lượng sạch.
Ngoài ra, phương pháp này còn hứa hẹn trong việc giải quyết các vấn đề môi trường, chẳng hạn như loại bỏ các hóa chất “vĩnh cửu” (forever chemicals), như các hợp chất per- và polyfluoroalkyl (PFAS), khỏi nguồn nước.
Các micelle này có cấu trúc hình cầu với hai mặt: một mặt hòa tan trong nước và mặt kia kỵ nước. Đặc điểm độc đáo này giúp các nhà nghiên cứu cải thiện hiệu suất của các phản ứng điện hóa bằng cách tích hợp chức năng của dung môi, chất điện phân và chất xúc tác phản ứng vào một công cụ đơn giản. Hơn nữa, các phản ứng diễn ra với hiệu suất cao và độ chọn lọc lớn.
Quy trình mới: điện hóa dựa trên micelle
Handa và Kaur đã phát hiện ra kỹ thuật này khi tìm cách sử dụng nước micelle và điện năng làm nguồn năng lượng xanh để thúc đẩy các phản ứng hóa học – một quy trình được gọi là điện hóa dựa trên micelle (micellar electrochemistry).
Handa, hiện đang công tác tại Đại học Missouri, cho biết: “Nhờ cải thiện hiệu quả quá trình, phát minh này có thể giúp phát triển các loại thuốc – bao gồm các chất ức chế nhắm vào protein như NS5A của virus viêm gan C – và có thể được sử dụng để điều trị các bệnh tăng sinh tế bào, viêm nhiễm và rối loạn miễn dịch (hyperproliferative, inflammatory and immunoregulatory diseases).”
Ngoài ra, micelle còn có thể hỗ trợ phát triển công nghệ năng lượng sạch bằng cách giúp phân tách nước thành hydro và oxy.
“Quá trình này, được gọi là điện xúc tác (electrocatalysis), cũng đóng vai trò quan trọng trong sản xuất năng lượng sạch,” Handa cho biết. “Với cách tiếp cận tương tự, hydro được tạo ra trực tiếp từ nước có thể được sử dụng như một loại nhiên liệu sạch. Thêm vào đó, chúng ta có thể sử dụng hydro để phân hủy các hóa chất PFAS độc hại, biến chúng thành các hydrocarbon hữu ích đồng thời giải phóng oxy vào không khí.”
Bằng cách tập trung vào tính bền vững và hiệu suất, công cụ hóa học mới này không chỉ giúp giảm tác động môi trường của các quy trình hóa học truyền thống mà còn mang đến giải pháp bền vững cho việc sản xuất và lưu trữ năng lượng sạch.
Sachin Handa và Karanjeet Kaur giới thiệu công cụ hóa học mới của họ trong phòng thí nghiệm của Handa tại Đại học Missouri. Ảnh: Sachin Handa
Các nhà nghiên cứu tại Mizzou đã phát triển một phương pháp điện hóa xanh sử dụng micelle và điện năng, giúp sản xuất dược phẩm sạch hơn, cải tiến công nghệ năng lượng – bao gồm nhiên liệu hydro và xử lý PFAS. Ảnh: Angewandte Chemie International Edition
