科学家们发现了一个可以决定化学反应成功或失败的隐藏因素。通过控制电极附近微小的酸度变化，研究人员大幅提升了有价值的化学成分的产量，将所需产品的比例从大约16%提高到97%。这一突破由首尔国立大学工程学院化学与生物工程系的柳在铉教授领导，可能有助于使化学制造过程更安全、更清洁和更高效。研究人员开发了一种使用氧气和电力生产用于塑料、药物、粘合剂和其他日常材料的化合物的方法，而无需单独添加过氧化氢氧化剂。他们的发现集中在一个被忽视的因素上，即“局部pH”，描述了电极周围的酸碱度。通过重新设计化学反应器以控制电极之间的距离和液体在系统中的移动，团队找到了管理这些条件的方法，从而极大改善了反应的性能。研究集中在两类重要的化学物质上：内酯和环氧化合物。内酯是生物可降解塑料和聚氨酯的重要起始材料，而环氧化合物用于制造粘合剂、保护涂层和电子材料中的环氧树脂。两者在生产药品和其他专业化学品中也发挥重要作用。研究结果发表在《美国化学会杂志》（JACS）上，这是一本由美国化学会（ACS）出版的领先化学期刊。隐藏的化学反应因素可能直接影响反应的成败。这项研究建立在一种称为有机电合成的技术基础上，该技术利用电能驱动生产碳基化合物的反应。这种方法越来越受关注，因为它可能减少对传统制造过程中常用的一些化学氧化还原剂的需求。这些剂通过接受或捐赠电子来促进反应，但有些人处理起来可能是危险的并且会产生不必要的废物。到目前为止，改善有机电合成的努力主要集中在熟悉的因素上，包括电压、电极材料和反应发生液体的组成。然而，研究人员怀疑还有一些重要因素被忽视了：每个电极周围的微观化学环境。在这里，分子交换电子并经历化学转变。尽管周围的溶液看似均匀，但这个微小区域内部的条件可能截然不同。一个特别重要的因素是pH，它是衡量物质酸碱度的指标。在电化学反应中，可以在电极上产生或消耗氢离子，也被称为质子。如果这些离子的生成或去除速度快于它们在液体中的移动，电极附近的pH可能与溶液其余部分测量的pH有所不同。研究人员发现，这些局部差异会影响反应的几个关键部分。它们可以改变活性氧物种的产生方式，改变起始分子的行为，甚至影响最终产品是保持稳定还是开始分解。换句话说，即使整体溶液看似具有合适的化学条件，反应也可能会失败。被忽视的问题可能影响许多化学反应。为了确定这一现象是否可能超出他们自己的实验，研究人员检查了自2010年以来发表的600多篇关于有机电合成的科学论文。他们发现大约89%的研究涉及在一个或多个电极上进行的电子和质子的转移反应。这很重要，因为质子的运动可以改变局部酸度。这一发现表明，被忽视的电极附近的pH差异可能会影响各种电化学反应，而不仅仅是几个特定的例子。团队还测量了这些差异究竟有多极端。即使整体溶液基本中性，研究人员估计在阴极，即还原发生的电极附近，条件可达到约pH 11，使该区域强碱性。同时，在阳极周围，即氧化发生的区域，pH可达到约2.5，形成强酸环境。这些变化可能会产生重大影响。在这样的条件下，驱动反应所需的活性氧物种可能变得不易获得。起始材料的化学形式可能发生变化，新形成的产品可能会更快分解。因此，仅仅调整整个溶液的酸度...