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基于新原理的光化學反應能效提高10倍

2024-03-19 08:33:00

來源:科技日報

原標題:基于新原理的光化學反應能效提高10倍

傳統方法生產藥物、塑料或化肥都需要熱量來進行化學反應,但光化學就省去了這一環節,因為光可提供能量。瑞士巴塞爾大學的研究人員現在將光化學反應的能效提高10倍,從而帶來更可持續和更具成本效益的應用。研究結果發表在新一期《自然·化學》雜志上。

工業化學反應通常在不同的中間產品上分幾個階段進行。光化學提供了捷徑,這意味著需要的中間步驟更少。與傳統化學相比,光化學還允許處理更具危害性的物質。然而,到目前為止,光化學的工業應用還不是很多,部分原因是用光供應能源往往效率低下,或者產生不必要的副產品。

巴塞爾大學奧利弗·溫格教授領導的研究小組描述了一種基本原理。該原理對光化學的能源效率產生了意想不到的強大影響,并可以提高光化學反應速度。

在這種反應下,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,并被溶劑像籠子一樣包圍起來。為了使自由基能夠繼續對所需的目標產物發生反應,它們需要沖出這個“籠子”,并在“籠子”外找到一個反應“伙伴”。研究團隊認為,這種爆發過程是限制能源效率和光化學反應速度的決定性步驟。

只要自由基成對地留在溶劑“籠子”中,它們就可以自發地相互反應,回到起始材料中。但是,這種逆向反應浪費能量。研究小組現在能夠抑制這種逆向反應,從而讓一些自由基對有更多時間離開“籠子”。能爆發的自由基對越多,所需目標產品的能源效率就越高,速度就越快。

(記者張佳欣)

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