В их основе лежат графин, ионы цинка и порфирины Химики создали катализаторы на основе графена, ионов цинка и аналога ключевой части хлорофилла, которые с помощью света избирательно ускоряют множество химических реакций с участием органических веществ. Об этом пишет пресс-служба Института физической химии и электрохимии РАН со ссылкой на статью в научном журнале Applied Surface Science. «На основе таких фотокатализаторов можно создавать непрерывные и почти безотходные химические циклы синтеза и утилизации отработанных материалов, получая из одних и тех же исходных веществ разные продукты. Их также можно применять для селективной очистки окружающей среды от большого набора загрязняющих веществ», — рассказала Мария Калинина, профессор ИФХЭ РАН и один из авторов исследования. За последние полвека химики создали сотни фотокатализаторов — веществ, способных поглощать различные формы света и другого электромагнитного излучения и использовать их энергию для ускорения химических реакций. Подобные соединения широко используются при производстве бумаги, очистке воды от микробов и в производстве различных красителей с минимальными затратами ископаемого топлива. Калинина и ее коллеги разработали новую форму экологичных фотокатализаторов, которые могут ускорять самые разные химические реакции, но при этом избирательно взаимодействуют только с определенными органическими веществами. Ученые добились этого, упаковав наночастицы графена в особую пористую структуру, которую химики называют металл-органическим каркасом (МОК). Это полимерные материалы, по структуре похожие на пчелиные соты.
Они состоят из ионов металлов и различных органических соединений. Благодаря подобному устройству МОК отличаются высокой пористостью и прочностью. Катализаторы и фильтры на базе МОК уже применяются в промышленности для очистки воздуха от углекислоты или водорода, а также для хранения этих газов. Калинина и ее коллеги выяснили, что МОК можно собирать из молекул порфиринов — сложных органических цепочек, похожих на ключевую часть белка хлорофилла, поглощающего свет в клетках растений. От структуры порфиринов зависит то, молекулы каких размеров и типов могут проникать внутрь каркасов. Эта форма МОК активно поглощает свет и может использовать его энергию или для выработки особо активной формы кислорода, если каркас контактирует с воздухом. Если же опыты проводятся в безвоздушной среде, то он начинает восстанавливать молекулы, которые способны физически проникнуть через поры внутри каркаса. Подобная особенность этих конструкций, как показали опыты ученых, позволяет избирательно ускорять огромное число реакций с участием разных органических веществ. Как надеются ученые, это позволит значительно удешевить разработку и производство фотокатализаторов, используемых сегодня в быту и промышленности, а также позволит найти новые их применения в науке и технике.