Химики использовали нанопроволоки для запуска фотосинтез-подобного процесса

Использование энергии солнца вдохновило ученых и инженеров искать пути преобразования света в чистую энергию для отопления дома, топливных заводов и силовых устройств. В то время как большинство исследований фокусируются на производстве энергии, некоторые исследователи смотрят на потенциальное использование новых солнечных технологий в других областях.

Работа доцента кафедры химии Бостонского колледжа Dunwei Wang с кремниевыми нанопроводами и их связанными конструкциями, Nanonets, показала, что эти стабильные, крошечные структуры могут быть использованы в процессах по сбору энергии водород-генерирующего расщепления воды.

Объединившись со своим другом с Бостонского колледжа профессором химии Kian L. Tan, исследователи взяли цель на изучение нанопроводов в процессе фотосинтеза.

Их работа привела к созданию процесса, который напоминает фотосинтез. Используя кремниевые нанопроволоки для сбора световой энергии для мощных реакций, появилась возможность синтезировать основные соединения двух популярных обезболивающих, противовоспалительных препаратов, сообщают ученые в текущем издании Angewandte Chemie, журнал немецкого химического общества.

Последовательность реакций предлагает подход, который отличается от предыдущих попыток изолировать углекислый газ от солнечного света и решает досадную проблему низкой селективностью углерода, которая до сих пор ограничивала ранние методы производства топлива. Тан и Ван сообщают, что их процесс обеспечивает избирательность, необходимую для производства сложных органических соединений, способных разрабатывать фармацевтические препараты и дорогостоящие химикаты.

Этот процесс успешно справлялся с углеродом, структурно сопротивляющимся большинству усилий, которые использовали его для одного химического продукта. Как правило, изысканные формы молекулы углерода должны сначала быть произведены для получения необходимых результатов.

"Если мы сможем начать использовать углекислый газ и свет для силовых реакций в органической химии, есть огромное преимущество в этом. Это позволяет исключить человека из процесса добычи ископаемого топлива с помощью света для запуска химической реакции", сказал Тан. "Ключевым является взаимодействие двух областей – материалов и синтетической химии. Отдельно, эти области могут не добиться этого сами по себе, но вместе, мы объединили наши знания, чтобы заставить их работать.».

При фотосинтезе растения захватывают солнечный свет и используют солнечную энергию и двуокись углерода для возбуждения химической реакции.

Тан и Ван использовали кремниевые нанопроволоки как фотокатод, используя эффективные средства преобразования солнечной энергии в электрическую энергию. Электроны освобождаются от атомов в нанопроволоке, которые затем передаются в органических молекулах, чтобы вызвать химические реакции.

В этом случае исследователи использовали ароматические кетоны, которые при ударе электронов становятся активными и нападают и связывают углекислый газ. Дальнейшие действия производят кислоты, что позволило команде создать прекурсоры для ибупрофена и напроксена с высокой избирательностью и высокой производительностью, сообщают авторы.

Тан сказал, что это не случайно, что этот процесс очень похож на природный фотосинтез, а химики постоянно черпают вдохновение в природе в своей работе.

"Исследователи в своей области, всегда черпают вдохновение в природе", сказал Тан. "Вы берете основные уроки и пытаетесь сделать это искусственным путем. В данной работе мы пытаемся извлечь уроки из природы, хотя мы не можем копировать природу непосредственно".