Datblygiad pwysig wrth actifadu adweithiau cemegol gwyrddach

Ymchwilwyr Caerdydd a'r Swistir yn datblygu “switsh” trydanol sy'n rheoli adweithiau cemegol.

Mae grŵp ymchwil o Brifysgol Genefa (UNIGE) dan arweiniad yr Athro Stefan Matile, a Thomas Wirth, athro cemeg organig ym Mhrifysgol Caerdydd, wedi darganfod sut i ddefnyddio maes trydan allanol fel “switsh” i reoli a chyflymu adwaith cemegol.

Gallai'r gwaith gael cryn effaith ar ddatblygu moleciwlau newydd, gan alluogi nid yn unig synthesis mwy ecogyfeillgar, ond hefyd reolaeth allanol syml iawn ar adwaith cemegol.

Gan ddefnyddio dyfais a elwir yn adweithydd microhylifegol electrocemegol, a ddyluniwyd gan grŵp Wirth Caerdydd, bu’n bosibl i’r ymchwilwyr actifadu adwaith cemegol yn syml trwy fflipio switsh. Mae canlyniadau'r astudiaeth yn dangos yn glir y ddibyniaeth rhwng cyflwr cynnydd yr adwaith cemegol a dwyster y maes trydan a gymhwysir.

Dywedodd yr Athro Wirth: “Mae'r defnydd o adweithydd llif electrocemegol i reoli adweithiau yr ymchwiliwyd yn ddwys iddynt gan grŵp yr Athro Matile yn Genefa yn ddatblygiad pwysig o ran rheoli adweithiau gyda maes trydan, sydd nawr yn caniatáu i ni gynhyrchu symiau mwy o foleciwlau targed”.

Dywedodd yr Athro Matile: “Mae unrhyw drawsnewidiad moleciwlaidd yn deillio o electronau - gronynnau elfennol sydd wedi'u gwefru'n negyddol - yn symud o un lle mewn moleciwl i'r llall.  Mae ein 'hadweithydd' mewn rhai ffyrdd yn debyg i’r cyflymydd gronynnau yn CERN yn Genefa, ond yn hytrach na chyflymu gronynnau is-atomig, mae'n cyflymu electronau yn ystod trawsnewidiadau moleciwlaidd.”

Er mwyn datblygu cynhyrchion fferyllol newydd, tanwydd glanach a phlastigau bioddiraddadwy sydd eu hangen ar gyfer dyfodol gwyrddach, mae'n hanfodol i gemegwyr greu dulliau synthesis newydd - gan ddatblygu’r gallu i newid moleciwlau o'u cyflwr naturiol i ddeunyddiau newydd, mwy addas.

Mewn cemeg, gelwir y broses o greu cyfansoddion cemegol organig cymhleth o ymweithredyddion symlach yn synthesis organig. Trwy adweithiau olynol, mae cemegwyr yn cydosod moleciwlau bach i ffurfio cynhyrchion newydd.

Mae'r camau olynol hyn yn gofyn am fanwl gywirdeb ac mae eu rheoli’n broses sensitif, yn gofyn am y cynnyrch gorau posibl ar bob cam o’r adwaith i gyfyngu ar yr adnoddau sydd eu hangen. Mae cyflawni rheolaeth well a gweithrediad symlach ar gyfer yr adweithiau hyn yn her ymchwil fawr.

Gallai'r ddyfais drydanol newydd symleiddio'r strategaethau hyn, gan leihau effaith carbon synthesisau cemegol, ac mae hi hefyd yn hawdd ei rheoli.

Er bod cynigion wedi’u gwneud ar ddefnyddio’r dull hwn o’r blaen, tan nawr nid oedd ond wedi arwain at weithrediadau a berfformiai’n wael.

Dywedodd Ángeles Gutiérrez López, myfyriwr PhD UNIGE ac awdur cyntaf y papur: “Mae'r math hwn o adweithydd ar ffurf blwch bach lle gall cymysgedd yr adwaith gylchredeg rhwng dau electrod sy'n cynhyrchu'r maes trydan. Mae'r electrodau yn blatiau sgwâr 5 cm x 5 cm wedi'u gosod mor agos at ei gilydd â phosibl. Maen nhw wedi’u gwahanu gan ddalen chwarter milimetr o drwch. Mae'r ddalen hon yn cynnwys y sianel llif ar gyfer cylchredeg y moleciwlau rhwng yr electrodau”.

Mae'r electrodau wedi'u gorchuddio â nanotiwbiau carbon. Wrth iddynt lifo trwy'r adweithydd, mae'r adweithyddion yn rhyngweithio'n wan â'r nanotiwbiau carbon, gan eu hamlygu i'r maes trydan. Mae hyn yn sbarduno polareiddio electronig yn y moleciwl, gan actifadu'r trawsnewidiad cemegol.

Mae angen datblygiadau sylfaenol o hyd i ddatgloi potensial llawn y ddyfais. Fodd bynnag, mae’r gallu i gymhwyso'r dull hwn i gemeg organig o fewn cyrraedd, gan wneud y broses o gynhyrchu cyffuriau, tanwydd newydd neu blastigau newydd yn wyrddach ac yn fwy rheoladwy.

Cyhoeddir y papur yn y cyfnodolyn Science Advances.