Исследователи из Университета штата Колорадо [опубликовали](https://www.science.org/doi/10.1126/science.adw1648) в журнале Science статью, в которой описывается новый и более эффективный процесс преобразования ископаемого топлива в полезные современные химические вещества с использованием света. Они сообщают, что их система органического фотоокислительно-восстановительного катализа эффективна даже при комнатной температуре. Это преимущество может снизить потребность в энергии при химическом производстве и уменьшить загрязнение окружающей среды.
Руководство работой осуществляется в Университете штата Колорадо (CSU) профессорами Гарретом Мияке и Робертом Пейтоном из Департамента химии и Центра устойчивого фотоокислительно-восстановительного катализа (SuPRCat).
Система, вдохновлённая фотосинтезом, использует видимый свет для мягкого изменения свойств химических соединений. Для этого они подвергаются воздействию двух отдельных фотонов (частиц света), чтобы генерировать энергию, необходимую для желаемых реакций. Один фотон обычно не несёт достаточно энергии для этих процессов, — сказал Мияке. Объединяя энергию двух световых частиц, система команды может легко выполнять супервосстановительные реакции — химические изменения, требующие много энергии для разрыва прочных связей или добавления электронов.
Мияке сказал, что их система была испытана на группе химических соединений, называемых ароматическими углеводородами, также известными как арены. Эти соединения обычно устойчивы к изменениям.
«Эта технология — наиболее эффективная система, доступная в настоящее время для восстановления аренов, таких как бензол в ископаемом топливе, для производства химических веществ, необходимых для пластмасс и медицины», — сказал Мияке. «Обычно инициирование этих реакций сложно и требует много энергии, поскольку исходные связи очень прочные».
Исследование продолжает работу, проводимую через Центр устойчивого фотоокислительно-восстановительного катализа Национального научного фонда США в CSU. Мияке является директором этого многоинституционального исследовательского проекта по преобразованию процессов химического синтеза для различных целей.
Кэтрин Коверт, программный директор программы NSF «Центры химических инноваций», сказала, что фотоокислительно-восстановительный катализ стал незаменимым для многих отраслей промышленности.
«Фотоокислительно-восстановительный катализ стал незаменимым для фармацевтической разработки и других отраслей», — сказала Коверт. «Благодаря Центру устойчивого фотоокислительно-восстановительного катализа NSF синтетики и вычислительные химики объединились, чтобы понять фундаментальную химическую природу работы этих катализаторов, и, таким образом, нашли новый путь, требующий меньше тепла и энергии».
Мияке сказал, что исследователи по всему центру разрабатывают каталитические системы, подобные описанной в этой статье, для поддержки энергоэффективного производства аммиака для удобрений, разрушения химических веществ PFAS и вторичной переработки пластмасс.
Профессор Университета Колорадо в Боулдере Нильс Дамрауэр также является автором статьи и членом центра. Другие авторы из CSU — Амрин Бейнс, Брэндон Портела, Александр Грин, Анна Вольф и Людовик Патин.
Предоставлено Университетом штата Колорадо