傳統(tǒng)方法生產(chǎn)藥物、塑料或化肥都需要熱量來進行化學(xué)反應(yīng)，但光化學(xué)就省去了這一環(huán)節(jié)，因為光可提供能量。瑞士巴塞爾大學(xué)的研究人員現(xiàn)在將光化學(xué)反應(yīng)的能效提高10倍，從而帶來更可持續(xù)和更具成本效益的應(yīng)用。研究結(jié)果發(fā)表在新一期《自然·化學(xué)》雜志上。
工業(yè)化學(xué)反應(yīng)通常在不同的中間產(chǎn)品上分幾個階段進行。光化學(xué)提供了捷徑，這意味著需要的中間步驟更少。與傳統(tǒng)化學(xué)相比，光化學(xué)還允許處理更具危害性的物質(zhì)。然而，到目前為止，光化學(xué)的工業(yè)應(yīng)用還不是很多，部分原因是用光供應(yīng)能源往往效率低下，或者產(chǎn)生不必要的副產(chǎn)品。
巴塞爾大學(xué)奧利弗·溫格教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組描述了一種基本原理。該原理對光化學(xué)的能源效率產(chǎn)生了意想不到的強大影響，并可以提高光化學(xué)反應(yīng)速度。
在這種反應(yīng)下，起始分子處于液體溶液中。如果它們以光的形式接收能量，它們就可以相互交換電子并形成自由基。這些極具活性的分子總是成對出現(xiàn)，并被溶劑像籠子一樣包圍起來。為了使自由基能夠繼續(xù)對所需的目標(biāo)產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，它們需要沖出這個“籠子”，并在“籠子”外找到一個反應(yīng)“伙伴”。研究團隊認為，這種爆發(fā)過程是限制能源效率和光化學(xué)反應(yīng)速度的決定性步驟。
只要自由基成對地留在溶劑“籠子”中，它們就可以自發(fā)地相互反應(yīng)，回到起始材料中。但是，這種逆向反應(yīng)浪費能量。研究小組現(xiàn)在能夠抑制這種逆向反應(yīng)，從而讓一些自由基對有更多時間離開“籠子”。能爆發(fā)的自由基對越多，所需目標(biāo)產(chǎn)品的能源效率就越高，速度就越快。
（記者張佳欣）