Исследователи из Университета штата Колорадо разработали новую катализирующую систему для окислительно-восстановительных реакций на основе света, где с использованием света видимой части спектра имитируется фотосинтез с целью управления энергозатратными химическими реакциями при комнатной температуре. Этот новаторский процесс может существенно снизить количество энергии, необходимой для химических производств, особенно в отраслях, зависящих от полезных ископаемых.
В статье, опубликованной в Science, описан новый и более высокопроизводительный процесс на основе света для преобразования ископаемых углеводородов в полезные современные химикаты. Сообщается, что органическая система окислительно-восстановительного катализа эффективна даже при комнатных температурах. Это преимущество в определённых случаях может снизить энергозатраты при производстве химикатов, а также снизить связанное с этим загрязнение среды, наряду с другими преимуществами.
Работа проводится в УШК профессорами Гэрретом Мияке и Робертом Пэйтоном из Департамента химии и Центра устойчивого фото-окислителино-восстановительного катализа (SuPRCat). В их системе, вдохновлённой фотосинтезом, используется видимый свет для аккуратного изменения свойств химических соединений. Этого добиваются, экспонируя их двум отдельным фотонам (частицам света), чтобы получить энергию, необходимую для проведения желаемых реакций. «Один фотон обычно не несёт достаточного количества энергии для осуществления этих процессов», — говорит Мияке. Сочетая энергию двух частиц света, система способна обеспечивать супер-восстановительные реакции — химические изменения, требующие большого количества энергии для разрыва прочных связей или добавления электронов — с лёгкостью.
Мияке говорит, что их система была испытана на группе химических соединений, именуемых ароматическими углеводородами, или аренами. Обычно такие соединения устойчивы к изменению.
«Эта технология — наиболее производительная из существующих ныне систем для восстановления аренов, таких как бензин в ископаемых углеводородах, для производства химикатов, необходимых для производства пластиков и медикаментов, — говорит Мияке. — Обычно проведение таких реакций сложно и энергозатратно, поскольку изначальные связи так прочны».
Катарина Коверт, директор программы Центров химических инноваций Национального фонда науки, поддерживавшего это исследование, говорит, что фоторедокс-катализаторы стали незаменимы во многих отраслях.
«Фоторедокс-катализаторы стали незаменимы в разработке фармацевтических средств и в других отраслях, — говорит Коверт. — Благодаря Центру устойчивого фоторедокс-катализа химики-синтетики и вычислительные химики скооперировались, чтобы понять фундаментальную химическую природу функционирования этих катализаторов, и в процессе обнаружили новый способ, требующий меньшего количества тепла и энергии».
Мияке говорит, что исследователи центра разрабатывают системы катализа, подобные тому, который описан в этой статье, чтобы способствовать более эффективному производству аммиака для удобрений, расщепления вечных химикатов PFAS и переработки пластика.
«Мы создали звёздную команду химиков, чтобы решить эти проблемы и сделать будущее этого мира более устойчивым, — говорит Мияке. — Этот мир поставлен на счётчик, который истекает, и мы должны ответить на запрос в разработке устойчивых технологий, прежде чем имеющиеся способы работы поставят нас в ситуацию, от которой мы не сможем оправиться».
Перевод — Андрей Прокипчук, «XX2 ВЕК». Источники.
Материалы предоставлены Университетом штата Колорадо.
Вам также может быть интересно: