Российские ученые из Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН совместно с сотрудниками Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН и Химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова впервые получили универсальные фотокатализаторы, способные обеспечить различные пути протекания химических реакций за счет использования видимого света в качестве источника энергии. Работа опубликована в журнале Applied Surface Science.
Такие катализаторы успешно решают две главные проблемы химической промышленности: снижение экономических затрат и экологического следа. Фотокатализаторы получают с помощью самосборки металлоорганических каркасов (пористых кристаллических решеток), состоящих из катионов цинка и порфиринов (аналоги хлорофилла) на поверхности наночастиц оксида графена. Размер пор в таких материалах можно менять, используя порфирины различного строения. Такие каркасы избирательно адсорбируют органические молекулы определенного размера из окружающей среды. На воздухе под действием света в каркасах образуется высокоактивный синглетный кислород, который запускает реакции окисления и деструкции, которые протекают в сто раз быстрее, чем при использовании катализаторов, состоящих только из оксида графена. В безвоздушной (анаэробной) среде фотокатализаторы запускают реакции восстановления тех же самых молекул, но только в том случае, если они подходят по размеру порам катализатора.
«Главное преимущество наших материалов — это уникальное сочетание компонентов, собранных в определенную структуру, которое позволяет использовать один и тот же катализатор для большого числа разноплановых реакций. – говорит руководитель проекта РФФИ, доктор химических наук, профессор РАН Мария Калинина. – На основе таких фотокатализаторов можно создавать непрерывные и практически безотходные химические циклы синтеза и утилизации отработанных материалов, получая из одних и тех же исходных веществ разные продукты, а также применять их для селективной очистки окружающей среды от большого набора загрязняющих веществ».
