Российские ученые впервые синтезировали субфталоцианиновые фотокатализаторы

Макрогетероциклические соединения (порфирины, фталоцианины и их гибриды) – популярные у исследователей искусственные фотосинтетические материалы. Эти виды соединений поглощают свет в видимом или красном диапазоне, обладают высокими значениями молярного коэффициента поглощения и способны к генерации активных форм кислорода. Они уже давно привлекают к себе внимание в качестве фотосенсибилизаторов для фотодинамической терапии, тераностики, катализа, компонентов органической электроники и супрамолекулярной архитектоники.

Широкий спектр возможных подходов к функционализации этих макрогетероциклов позволяет тонко управлять их физико-химическими свойствами и получать целевые фотоактивные материалы.

Субфталоцианины – это соединения, содержащие в своем цикле три пиррольных фрагмента. Они способны интенсивно поглощать свет в видимой области. «Это первый пример использования соединений субфталоцианинового ряда в фотокатализе, – отметил доктор химических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории новых физико-химических проблем ИФХЭ РАН Кирилл Бирин. -Оказалось, что несмотря на достаточно экзотическое строение, высокая фотостабильность и эффективность генерации активного синглетного кислорода делают эти соединения привлекательными перспективными фотосенсибилизаторами. Созданный в рамках этой работы задел будет обязательно изучаться далее, и мы с коллегами уже наметили план таких исследований».

Поскольку в фотокатализе используются солнечная энергия и кислород воздуха, его можно отнести к экологически чистым процессам. При помощи катализатора под действием света молекулярный кислород воздуха переходит в так называемые активные формы кислорода. При этом не применяются токсичные металлосодержащие окислители или коррозионно-активные надкислоты.

Одним из важных показателей катализатора является его селективность, то есть способность поддерживать одну целевую реакцию при нескольких возможных. «Полной конверсии субстрата удалось добиться при добавлении экстремально малого количества катализатора, – объяснил Кирилл Бирин. – Различные функциональные фрагменты в субстрате – ароматический, или атом хлора, или аллильная группа – могут снижать реакционную способность субстратов, однако во всех случаях наблюдалась высокая селективность образования сульфоксида на уровне 97-98 процентов. При этом полная конверсия может быть достигнута путем увеличения количества катализатора».

Реакция происходила под действием маломощного источника видимого света (светодиодная лампа 3 Вт), что делает данный катализатор не только экологичным, но и энергоэффективным.

«В дальнейших исследованиях необходимо изучить влияние структуры фотокатализатора на его эффективность и стабильность, чтобы сформулировать требования для коллег, которые занимаются синтезом, – подвел итог Кирилл Бирин. – Субфталоцианины имеют большие перспективы для создания на их основе гибридных каталитических материалов».

Фотокатализ – изменение скорости химических реакций или их возбуждение под действием веществ-катализаторов, которые активируются при облучении квантом света. Катализаторы участвуют в промежуточных реакциях, но не входят в состав конечных продуктов. Всем известный пример фотокатализа – фотосинтез, реакция, при которой шесть молекул углекислого газа СО2 и шесть молекул воды под действием света в присутствии катализатора – хлорофилла превращаются в глюкозу C6H12O6 c выделением шести молекул кислорода.

Работа выполнялась при финансовой поддержке Минобрнауки России.

ИФХЭ РАН

27 статей

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук — один из ведущих химических институтов Российской академии наук. Насчитывает более 800 сотрудников, среди которых 7 академиков, 9 членов-корреспондентов РАН, более чем 100 профессоров и 260 кандидатов наук. Проводимые в ИФХЭ РАН фундаментальные и прикладные исследования характеризуются многопрофильностью и включают следующие научные направления: поверхностные явления в коллоидно-дисперсных системах, адсорбция, физико-химическая механика; супрамолекулярные и наноразмерные системы для использования в современных высоких технологиях; химическое сопротивление материалов, защита металлов и других материалов от коррозии и окисления; химия и технология радиоактивных элементов, радиоэкология и радиационная химия; электрохимия. Успехи сегодняшних исследований опираются на уникальную экспериментальную базу Центра Коллективного Пользования, позволяющую решать практически любую задачу физико-химического исследования вещества или свойств его поверхности разнообразными современными методами. В их числе: электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ, рентгеноструктурный анализ, рентгеновское малоугловое рассеяние, атомно-адсорбционный анализ, эллипсометрия, аннигиляция позитронов, хромато-масс-спектрометрия, инфракрасная, рамановская, фотоэлектронная, электронная спектроскопия, ядерный магнитный резонанс.

Показать больше