新的光催化剂可以显著提高收益率的化学反应
light-driven模仿光合作用的植物用来生产糖,麻省理工学院的研究人员设计了一种新型的光催化剂,可以吸收光线,用它来驱动各种各样的化学反应。
新型催化剂,称为合成光催化剂,包含一个聚光蛋白吸收光和能量转移给含金属催化剂。这个催化剂使用能量来执行反应可以用作合成药物或将废物转化为生物燃料或其他有用的化合物。
“代替有害的条件和试剂与光,光催化可以制药,农药,和燃料合成更高效和环境兼容,”说加芙Schlau-Cohen,麻省理工学院的副教授化学和新研究的资深作者。
工作与同事在普林斯顿大学和北卡罗莱纳州立大学的研究人员表明,新的光催化剂可以显著提高化学反应他们的收益率。他们还表明,与现有的论文,他们的新催化剂可以吸收所有波长的光。
麻省理工学院研究生保罗Cesana是论文的第一作者,今天在《华尔街日报》化学。
高能反应
大多数催化剂加速反应通过降低反应所需的能量势垒发生。在过去的20年左右,化学家们已经取得了很大的进步在发展中催化剂-;从光催化剂,可以吸收能量。这使他们不能发生催化反应不需要额外的输入的能量。
”在光催化,催化剂吸收光能量去更高度兴奋的电子态。通过能量,它介绍了反应性也非常能源密集型如果所有可用的基态能量,”Schlau-Cohen说。
这类似于植物在光合作用中做些什么。植物细胞的光合机械吸光色素包括叶绿素捕获光子从阳光。这种能量然后转移到其他蛋白质,能量存储为ATP,然后用于生产的碳水化合物和能量。
在以前的工作论文中,研究人员使用了一个分子进行光吸收和催化作用。这种方法有一定的局限性,因为大多数使用的催化剂只能吸收特定波长的光,和他们不吸收光效率。
“当你有一个分子,需要做的光收获和催化,你不可能同时优化的事情,”Schlau-Cohen说。“这是自然系统分开的原因。光合作用,有一个专门的体系结构,其中某些蛋白质的光收获然后漏斗能量直接做催化的蛋白质。”
创建他们的新合成催化剂,研究人员决定模仿光合作用,结合两个不同要素:一个阳光,另一个催化化学反应。聚光组件,他们使用一种叫做R-phycoerythrin的蛋白质(RPE),红藻中找到。他们在这种蛋白质ruthenium-containing催化剂,以前一直用于光催化的。
北卡罗莱纳州立大学的研究人员使用由化学教授Felix可以见到效果,Schlau-Cohen的实验室表明聚光蛋白可以有效地捕获并将其传输到光催化剂。然后,普林斯顿大学的研究人员领导的大卫•麦克米伦化学教授最近的一次获得诺贝尔化学奖,测试性能的两种不同类型的化学反应的催化剂。一个是thiol-ene耦合,加入硫醇和烯烃形成硫醚,和另一个取代剩后与甲基硫醇基肽耦合。
普林斯顿大学的团队表明,新合成的催化剂可以提高这些反应的产量10倍,比钌光催化剂。他们还发现,与红光照明下的反应可能发生,一直难以实现与现有的催化剂是有益的,因为它产生不必要的副反应较少,不破坏组织,所以它可能被用于生物系统。
化学合成
这个改进的光催化剂可以被纳入使用两种反应的化学过程测试在这项研究中,研究人员说。Thiol-ene耦合是非常有用的用于创建化合物用于蛋白质成像和传感、药物输送、生物分子的稳定性。作为一个例子,它是用来合成lipopeptides抗原候选疫苗可以使更容易吸收。其他反应研究人员测试,半胱氨酰脱硫,在多肽合成许多应用程序,包括生产enfurvitide,一种可以用来治疗艾滋病的药物。
这种类型的光催化剂也有可能用于驱动一个叫做木质素解聚反应,这可能有助于产生生物燃料从木材或其他植物材料,很难分解。亚博网站下载
研究者们现在打算尝试交换在不同的光吸收的蛋白质和催化剂,适应各种化学反应的方法。
”我们做了一个原理的证明,你可以单独的光吸收和催化功能。现在我们要考虑不同催化一块一块和不同聚光扩大工具包,看看这种方法可以工作在不同溶剂和不同的反应,”Schlau-Cohen说。
这项工作是支持的一部分Bioinspired Light-Escalated化学(BioLEC)能源前沿研究中心,由美国能源部科学办公室。亚博老虎机网登录
来源:https://www.mit.edu/
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