凯文·默勒博士说，这个想法很简单，但它有很大的影响。我们所建议的只是使用光伏电池(清洁能源)为电化学反应(清洁化学)提供动力。默勒是第一个承认这不是新科学的人。
“但我们希望通过在两种现有技术之间建立联系来改变人们进行这种化学反应的方式，”他说。
为了强调这个想法的简单性，默勒和他的合着者使用了互联网上出售的价值6美元的太阳能电池，旨在为玩具汽车提供动力，以运行绿色化学发表的一篇文章中描述的反应。
如果他们的建议被化学工业广泛采用，它将消除目前由化学合成中常用的一类反应产生的有毒副产物 - 以及它们造成的环境和经济损害。
氧化反应的麻烦
Moeller是圣路易斯华盛顿大学艺术与科学化学教授，他是一名有机化学家，负责制造和操作主要由碳，氢，氧和氮组成的分子。
合成有机分子的一个重要工具 - 包括从麻醉剂到纱线的所有物质的巨大类别 - 是氧化反应。
“它们是我们拥有的一种工具，可以让我们增加分子的功能，为它添加更多的”手柄“，可以通过它来操纵，”Moeller说。
“分子通过称为官能团的原子组合相互作用，”他解释道。“酮类，醇类或胺类都是官能团。分子上的官能团越多，分子与其他分子的相互作用就越多。”
“氧化反应将官能团连接到分子上，”他继续道。“如果我的碳氢化合物只有碳和氢原子结合在一起，而我想将其转化为醇，酮或胺，我就必须将其氧化。”
在氧化反应中，从分子中除去电子。但是电子必须到达某个地方，因此每个氧化反应都与还原反应配对，其中电子被添加到第二个分子中。
Moeller说，问题在于“第二个分子是废物;它不是你想要的东西。”
他说，一个例子是工业醇氧化，它使用氧化剂铬将醇转化为酮。在此过程中，铬(最初是六价铬)吸收电子并变成铬IV。铬IV是氧化反应的废产物。
在这种情况下，存在部分解决方案。高碘酸钠用于回收剧毒的铬IV。盐，高碘酸钠在溶液中解离，高碘酸根离子(带有氧的碘原子)与铬相互作用，使其恢复到其原始的氧化态。
问题在于恢复铬会破坏高碘酸盐。另外，这个过程效率低下; 每生产一种所需产物，就会消耗三当量的高碘酸盐。
寻求更清洁的副产品
Moeller表示，“所有的化学氧化都有副产品，所以问题不在于是否会产生副产品，而是副产品是什么。人们已经开始考虑如何在减少副产品是良性的情况下进行氧化。”
“如果使用氧气进行氧化，副产品就是水，这是一个温和的过程，”他说。
但是有一个问题!像所有其他分子一样，氧具有固定的氧化电位或接受电子的意愿。“因此，无论我想在溶液中氧化，都必须具有与氧气相匹配的氧化电位。如果没有，我可能不得不改变我的整个反应，以确保我可以使用氧气。当我改变整个反应时，也许它运行得不像以前那么好。所以我的能力有限，“默勒说。
一个更简单的想法也更清晰。
还有另一种方法可以做到这一点。“电化学可以氧化具有任何氧化电位的分子，因为电极电压可以调整或调整，或者我可以以自己调整的方式运行反应。因此我有很多工作的多功能性，”Moeller说。
此外，电化学氧化的副产物是氢气，因此这也是一个清洁的过程。
但同样有一个问题。电化学只能像电源一样绿色。如果氧化反应运行清洁，但电力来自燃煤电厂，问题就不能避免，只是流离失所。
答案是使用最清洁的能量，光伏电池捕获的太阳能来进行电化学反应。
“这就是绿色化学的文章，”默勒说。“这是一份原理论证的论文，表明这项工作很容易，而且就像没有使用光伏发电的反应一样，所以不必改变化学反应。”
下一步
的绿色化学制品表现出通过在电极直接氧化分子的方法。没有使用化学试剂。自撰写文章以来，Moeller的研究小组一直在研究太阳能电化学如何以清洁的方式回收化学氧化剂。
如果电极的电压与必须被氧化的分子的氧化电位相匹配，制造商为什么会选择使用化学氧化剂?
“电极完全选择氧化电位，”Moeller解释道。“化学试剂没有。化学试剂的结合特性可能因分子的一部分而异。而且还有一种称为空间位阻的东西，这意味着分子的一部分可能会物理阻挡进入氧化位点，迫使基质到试剂的其他部位。“
“化学界已经学会了如何使用化学试剂来选择反应，”他说。“试剂通常昂贵且有毒，因此它们可以回收利用，”他说。“我们正在努力清理试剂回收。”
在上述铬氧化中，例如，铬IV可以电化学方式再循环，而不是通过与高碘酸盐的反应。反应会产生氢气作为副产物，而不是高碘酸盐废物。
“另一个例子是进行酒精氧化的工业过程，将醇基转化为羰基，”Moeller说。这个过程使用TEMPO，一种在1960年发现的复杂化学试剂.TEMPO价格昂贵，因此可以通过添加漂白剂进行回收。这使TEMPO再生，但产生氯化钠作为副产品。“
少量氯化钠是食盐，但在工业数量上，它是一种废物，其处理成本高昂。再一次，TEMPO可以使用电化学循环，这是一种产生氢气作为唯一副产物的过程。
“我们无法通过将太阳能与电化学相结合来使所有的化学合成更加清洁，”Moeller说，“但我们可以解决人们使用的氧化反应。也许这会激发其他人提出简单而创新的解决方案。他们感兴趣的其他类型的反应。“