Новости химической науки > Алмазы запускают фотохимические процессы

Исследователи из Университета Висконсина (Мэдисон) заявляют, что простой фотохимический процесс может стать основой для реакций, которые не так просто запустить с помощью других способов. В качестве примера они демонстрируют, что разработанная ими стратегия успешна для дешевой конверсии диоксида углерода в коммерчески ценные продукты.

В разработке новой стратегии исследователи полагались на свойства алмазов с гидрированной поверхностью, распространенного материала, испускать электроны при облучении ультрафиолетом.

Исследователи, среди которых были Линхон Жан (Linghong Zhang) и Роберт Хэймерс (Robert J. Hamers), продемонстрировали, сто облучение ультрафиолетом недорогого коммерчески доступного алмаза, погруженного в раствор, насыщенный углекислым газом, приводит к высвобождению электронов, быстро сольватирующихся водой. Такие высокоэнергетические сольваты представляют собой частицы, проявляющие сильные восстановительные свойства. Они способны реагировать диоксид углерода в CO, который может использоваться в качестве сырья для промышленного химического синтеза.

Исследователи из Висконсина подчеркивают, что обычные электро- и фотохимические процессы, которые были изучены для восстановления углекислого газа, работают так, что для их функционирования необходимы реагенты, способные закрепиться на поверхности, активироваться и вступить в последующую реакцию. Между тем, подход, основанный на применении сольватированных электронов, не требует явления поверхностной адсорбции – он основан на непосредственной эмиссии электронов в раствор.

Облучение алмазов с гидрированной поверхностью (красный и серый) ультрафиолетом (изогнутая стрелочка) способствует высвобождению электронов в воду и селективной конверсии CO₂ до CO. (Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed. 2014, DOI: 10.1002/anie.201404328)

Основываясь на результатах электрохимических измерений, спектрального и хроматографического анализа, а также экспериментов с введением изотопной метки, исследователи показали, что разработанный ими метод позволяет восстановить углекислый газ с высокой селективностью (>95%), при этом образуется минимальное количество водорода, обычного побочного продукта, выделяющегося при восстановлении углекислого газа.

Также было установлено, что реакция протекает в соответствии с относительно необычным процессом одноэлектронного восстановления, в ходе которого прежде чем восстановиться до СО диоксид углерода восстанавливается до анион-радикала CO₂^•–, что невозможно для других методов. Поскольку алмаз может достаточно просто обеспечить получение сольватированных электронов,новый метод можно будет апдаптировать и для проведения других реакций восстановления.

Источник: Angew. Chem. Int. Ed. 2014, DOI: 10.1002/anie.201404328

метки статьи: #кинетика и катализ, #фотохимия, фотокатализ, #химическая технология, #химия поверхности