发布时间:2024-08-20 18:33:04 来源: sp20240820
传统方法生产药物、塑料或化肥都需要热量来进行化学反应,但光化学就省去了这一环节,因为光可提供能量。瑞士巴塞尔大学的研究人员现在将光化学反应的能效提高10倍,从而带来更可持续和更具成本效益的应用。研究结果发表在新一期《自然·化学》杂志上。
工业化学反应通常在不同的中间产品上分几个阶段进行。光化学提供了捷径,这意味着需要的中间步骤更少。与传统化学相比,光化学还允许处理更具危害性的物质。然而,到目前为止,光化学的工业应用还不是很多,部分原因是用光供应能源往往效率低下,或者产生不必要的副产品。
巴塞尔大学奥利弗·温格教授领导的研究小组描述了一种基本原理。该原理对光化学的能源效率产生了意想不到的强大影响,并可以提高光化学反应速度。
在这种反应下,起始分子处于液体溶液中。如果它们以光的形式接收能量,它们就可以相互交换电子并形成自由基。这些极具活性的分子总是成对出现,并被溶剂像笼子一样包围起来。为了使自由基能够继续对所需的目标产物发生反应,它们需要冲出这个“笼子”,并在“笼子”外找到一个反应“伙伴”。研究团队认为,这种爆发过程是限制能源效率和光化学反应速度的决定性步骤。
只要自由基成对地留在溶剂“笼子”中,它们就可以自发地相互反应,回到起始材料中。但是,这种逆向反应浪费能量。研究小组现在能够抑制这种逆向反应,从而让一些自由基对有更多时间离开“笼子”。能爆发的自由基对越多,所需目标产品的能源效率就越高,速度就越快。
(记者张佳欣)
(责编:郝孟佳、李昉)