Контрольоване інгібування або прискорення каталітичних реакцій є бажаним у багатьох процесах, включаючи промислове застосування. Вчені з Інституту фізичної хімії Польської академії наук представили інноваційну концепцію керування каталітичними процесами за допомогою світла.
Про дослідження, опубліковане в ACS Catalysis, повідомляють представники IPC PAS в прес-релізі.
Живі організми розвинули здатність регулювати складні біохімічні процеси з надзвичайною ефективністю. Ферменти, природні каталізатори, відіграють ключову роль у цій регуляції. Крім того, специфічні органічні молекули та іони металів зв’язуються з ферментами, регулюючи їх каталітичну активність. Ця взаємодія активаторів та інгібіторів гармонійно підтримує порядок у каскаді хімічних процесів у клітинах.
У той час як синтетичні каталізатори є ефективними, можливість «вмикати» та вимикати каталізатори на вимогу не настільки ефективна. Це обмеження стає особливо критичним у модуляції процесів, які виконуються одночасно або послідовно, ми читаємо у випуску.
Тому проводяться численні дослідження методів управління складними процесами ефективним і екологічно чистим способом, зменшення використання додаткових хімічних речовин, з особливим наголосом на чергуванні «запуску» і «зупинки» вибраних реакцій. Чи можна загальмувати лише обраний процес?
Новий підхід, запропонований вченими з Інституту фізичної хімії Польської академії наук (IPC PAN) під керівництвом проф. Володимира Сашука, дозволяє легко керувати каталітичними процесами за допомогою світла, що може бути альтернативою хімічному регулюванню швидкості реакції, типовому для ферментів. Базуючись на запропонованій концепції, можна було б вибірково сповільнювати або прискорювати хімічні реакції повністю контрольованим способом без погіршення самого каталізатора.
“Ми показуємо, що каталізом можна керувати, приховуючи каталізатор в органічному моношарі, який оточує поверхню більшої неорганічної наночастинки. Завдяки цьому можна досягти повного інгібування каталітичної активності”. – цитує у релізі проф. Володимир Сашук.
Дослідники зосередилися на реакціях перемикання з використанням наноструктурованого матеріалу, при цьому каталіз запускається або припиняється застосуванням певної довжини хвилі, діючи так само, як «вимикач світла».
Основою матеріалу є наночастинки золота (Au NP) розміром приблизно 3 нм, прикрашені на поверхні металоорганічними комплексами рутенію на основі N-гетероциклічного карбену (NHC) з використанням міцних Au-S зв’язків між Au NP та тіоловими лігандами.
Розроблена наноструктурована система чутлива до певного діапазону світла, що дозволяє прекаталізатору змінювати своє положення в органічному моношарі та контролювати доступ до субстрату та, таким чином, каталітичну електромагнітну стимуляцію.
У присутності видимого світла або в темряві рутенієвий прекаталізатор піддається впливу розчину, ініціюючи та підтримуючи реакцію метатезису. Однак, коли система піддається впливу ультрафіолетового випромінювання, ліганд ізомеризується, діючи як «кнопка», що блокує прекаталізатор.
Запропонований спосіб дозволяє швидко та високоефективно дезактивувати каталізатор без використання додаткових хімічних речовин і дозволяє контролювати швидкість реакції.
Вчені вважають, що їхній нетрадиційний підхід до фотоіндукованого регулювання розташування прекаталізатора в запропонованому матеріалі допоможе створити багато нових функціональних каталізаторів, які будуть використовуватися в різних областях, особливо в області підвищення хімічної селективності.
Дослідження фінансував Національний науковий центр.
PAP Science в Польщі
lt/ zan/
