Учёные из Школы наук Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) добились значительного прогресса в фотокатализе, создав «супер» фотовосстановитель. Это стало важным шагом вперёд в органическом синтезе.
Квантовые точки (QDs) обещают стать перспективными фотокатализаторами для фотоокислительно-восстановительных реакций. Однако их применение в фотокаталитических органических превращениях отстаёт от применения малых молекулярных фотосенсибилизаторов из-за ограниченного понимания их фотофизики.
Несмотря на то что в различных исследованиях изучалась генерация горячих электронов из QDs как стратегия повышения эффективности фотовосстановления, создание эффективной генерации горячих электронов в мягких условиях представляло собой серьёзную проблему.
Чтобы решить эту задачу, исследовательская группа под руководством профессора Лу Хайпэна из Департамента химии HKUST разработала фотокаталитическую систему, использующую видимые светопоглощающие QDs. Команда внедрила эффективный механизм генерации горячих электронов, основанный на двухфотонном спин-обменном оже-процессе в Mn²⁺-легированных CdS/ZnS QDs.
Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
Горячие электроны, генерируемые с помощью этого механизма, демонстрируют замечательный потенциал для различных органических реакций, включая восстановление по Бирчу и восстановительное расщепление связей C-Cl, C-Br, C-I, C-O, C-C и N-S. Примечательно, что реакции могут протекать при потенциалах восстановления субстрата до −3,4 В (относительно SCE).
Команда достигла этих результатов, используя всего 1% световой энергии, необходимой для обычных фотокаталитических систем. Такое повышение эффективности стало возможным благодаря стратегии двухфотонного возбуждения, которая создаёт исключительно мощный фотовосстановитель.
Кроме того, исследовательская группа обеспечивает включение/выключение генерации горячих электронов путём модуляции интенсивности светового излучения, что облегчает программируемые каскады кросс-сочетания в точках сборки.
Профессор Лу отметил: «Исследование подчёркивает беспрецедентный потенциал полупроводников с квантовыми ограничениями для облегчения сложных органических превращений, которые ранее были недостижимы с помощью обычных молекулярных фотокатализаторов».
Предоставлено Гонконгским университетом науки и технологий.