भारतीय शोधकर्ताओं ने पाया है कि खाद्य परिरक्षकों, फार्मास्यूटिकल्स, रंजक, पॉलिमर के निर्माण में मध्यवर्ती के रूप में उपयोग किए जाने वाले फिनोल के 1.4 हाइड्रोक्विनोन में कुशल बड़े पैमाने पर परिवर्तन के लिए सतह-संशोधित इलेक्ट्रोड का उपयोग करके इलेक्ट्रोलिसिस। भारत वर्तमान में फिनोल को 1,4 हाइड्रोक्विनोन में बदलने के लिए कुशल प्रक्रियाओं की कमी के कारण भारी लागत पर 1,4 हाइड्रोक्विनोन का आयात करता है।
फिनोल और इसके ऑक्सीकृत उत्पाद जैसे 1,4-हाइड्रोक्विनोन, कैटेचोल, या रिसोरसिनॉल महत्वपूर्ण और प्राथमिक बिल्डिंग ब्लॉक हैं जिनका उपयोग कई औषधीय और औद्योगिक रूप से उपयोग किए जाने वाले कार्बनिक यौगिकों के संश्लेषण में किया जाता है। विशेष रूप से 1,4 हाइड्रोक्विनोन जैसे उत्पादों का उपयोग खाद्य परिरक्षकों, फार्मास्यूटिकल्स, रंजक, पॉलिमर आदि के निर्माण में मध्यवर्ती के रूप में किया जाता है। इसके अलावा, फिनोल के ऑक्सीकरण से भारी मूल्यवर्धन होता है। भारत 23.6 मिलियन अमरीकी डालर मूल्य के फिनोल का आयात करता है जबकि भारत 1,4-हाइड्रोक्विनोन आयात करने के लिए US$56.5M खर्च करता है। परंपरागत रूप से, फिनोल ऑक्सीकरण रासायनिक तरीकों से किया जाता है जिसमें उत्प्रेरक का उपयोग कीमती धातुओं, धातु ऑक्साइड और एंजाइमों के साथ खतरनाक ऑक्सीडेंट के साथ किया जाता है। लेकिन इन विधियों में कई नुकसान हैं, जिनमें प्रारंभिक सामग्री का अधूरा रूपांतरण और पर्यावरणीय खतरों के साथ-साथ उत्पाद की चयनात्मकता की कमी शामिल है।
इस पृष्ठभूमि में, डॉ. भगवतुला प्रसाद और सीएसआईआर-नेशनल केमिकल लेबोरेटरी के नेतृत्व में सेंटर फॉर नैनो एंड सॉफ्ट मैटर साइंसेज के शोधकर्ताओं ने इलेक्ट्रोलिसिस को फिनोल के ऑक्सीडेटिव परिवर्तन को 1,4 हाइड्रोक्विनोन में ले जाने का एक प्रभावी तरीका माना। यह काम हाल ही में ‘ न्यू जर्नल ऑफ केमिस्ट्री’ में प्रकाशित हुआ है ।
पारंपरिक रासायनिक परिवर्तन विधियों पर वे आर्थिक और पर्यावरणीय लाभों की पेशकश के कारण इलेक्ट्रोकेमिकल कार्बनिक परिवर्तनों को इन दिनों बहुत रुचि के साथ देखा जा रहा है। चूंकि इन परिवर्तनों को आम तौर पर सब्सट्रेट (इस मामले में फिनोल) के माध्यम से बिजली पारित करके जलीय माध्यम में किया जाता है, इस प्रक्रिया में कोई पर्यावरणीय रूप से खतरनाक ऑक्सीडेंट / रिडक्टेंट शामिल नहीं होते हैं। यद्यपि विद्युत रासायनिक परिवर्तन इतने सारे लाभ प्रदान करते हैं, कई व्यावहारिक मुद्दे हैं, विशेष रूप से फिनोल ऑक्सीकरण के संबंध में।
उदाहरण के लिए, इस परिवर्तन के लिए पारंपरिक धातु-आधारित इलेक्ट्रोड का उपयोग नहीं किया जा सकता है क्योंकि वे समय के साथ अपनी सतहों पर ऑक्सीकृत उत्पादों के सोखने के कारण गतिविधि खोना शुरू कर देते हैं। इसके अलावा, कई बार वे फिनोल के अति ऑक्सीकरण की ओर ले जाते हैं जिसके परिणामस्वरूप उत्पाद चयनात्मकता और अवांछित उत्पाद निर्माण (टार) की कमी होती है। इसके अतिरिक्त, कुछ इलेक्ट्रोड समय के साथ इलेक्ट्रोड की भौतिक स्थिरता और स्थायित्व जैसे मुद्दों से भी ग्रस्त हैं ।
विस्तृत चक्रीय वोल्टमैट्रिक अध्ययनों के माध्यम से, एनसीएल और सीईएनएस शोधकर्ताओं ने स्थापित किया कि इन सभी कठिनाइयों को हाइड्रॉक्सिल (-सी-ओएच), कार्बोक्सिल (-सीओओएच) जैसे ऑक्सीजन-असर सतह कार्यात्मक समूहों की वांछित संख्या के साथ अव्यवस्थित ग्राफीन जैसी संरचनाओं वाले इलेक्ट्रोड का उपयोग करके दूर किया जा सकता है। ), और कार्बोनिल (-C=O) समूह। एक अम्लीय वातावरण में इलेक्ट्रोड के विद्युत रासायनिक उपचार द्वारा सतह संशोधन फिर से प्राप्त किया जा सकता है। रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी और एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी जैसी तकनीकों का उपयोग करके व्यवस्थित अध्ययनों के आधार पर, शोधकर्ताओं ने इस सतह संशोधन के लिए इष्टतम स्थितियों की स्थापना की। इस तरह के उचित सतह-संशोधित कार्बोनेसियस इलेक्ट्रोड के साथ, फिनोल का रूपांतरण उत्कृष्ट (99%) था जिसमें 87% चयनात्मकता 1,4-हाइड्रोक्विनोन थी।