Ученые ускорили химические реакции светом

Исследователи из Базельского университета совершили прорыв в фотохимии — процессе, в котором для запуска химических реакций используется свет, а не тепло. Эта инновация обещает более устойчивый и экономичный способ производства всего — от лекарств и пластмасс до удобрений.

Традиционно химические реакции на заводах проходят в несколько этапов и требуют тепла, что зачастую неэффективно и энергозатратно. Фотохимия предлагает короткий путь: она использует свет для прямого запуска реакций, часто с меньшим количеством промежуточных этапов. Кроме того, она позволяет использовать менее опасные исходные материалы, поскольку свет может активировать реакции, которые не происходят при использовании тепла.

Однако широкому распространению фотохимии мешали ограничения в доставке световой энергии и нежелательные побочные продукты. Именно в этом и заключается суть исследования команды из Базеля. Они выявили ключевой фактор, который значительно повышает эффективность фотохимических реакций: «выход из клетки» радикальных молекул. Свет вызывает образование высокореакционных радикалов в «клетке» растворителя. В идеале эти радикалы покидают клетку и вступают в реакцию с образованием желаемого продукта. Но иногда они рекомбинируют внутри клетки, теряя энергию. Команда из Базеля обнаружила, что, замедлив эту «обратную реакцию», они могут дать радикалам больше времени, чтобы покинуть клетку и найти своего партнера. Это простое изменение привело к десятикратному увеличению энергоэффективности.

Ключ к этому прорыву лежит в выборе правильных красителей. Красители выступают в роли посредников, поглощая свет и передавая энергию для создания пар радикалов. Команда из Базеля обнаружила, что красители с более высокой емкостью для хранения энергии значительно увеличивают скорость выхода радикалов, что и приводит к десятикратному увеличению энергоэффективности целевого продукта.