Исследователи из Университета Колорадо опубликовали в журнале Science работу, где описали новый способ превращения ископаемого топлива в полезные химические вещества с помощью света. Их метод работает даже при комнатной температуре, что может значительно снизить энергозатраты в химической промышленности и уменьшить вредные выбросы.

Профессора Гаррет Мияке и Роберт Патон из химического факультета и Центра устойчивого фоторедокс-катализа (SuPRCat) разработали систему, вдохновленную фотосинтезом.

В ней видимый свет мягко меняет свойства молекул, используя энергию двух фотонов вместо одного.

Одиночный фотон обычно не может обеспечить нужную энергию для таких реакций, но комбинация двух частиц позволяет проводить даже самые сложные превращения — например, разрушать прочные связи в ароматических углеводородах (аренах), которые обычно сопротивляются изменениям.

Фоторедокс-катализ — это способ ускорять химические реакции с помощью света, где молекулы-катализаторы временно отдают или забирают электроны у других веществ, меняя их свойства.

Наша технология — самый эффективный на сегодня способ преобразования аренов, таких как бензол из нефти, в вещества для производства пластиков и лекарств, — говорит Мияке. — Обычно для этого требуется много энергии, потому что исходные связи очень крепкие.

Исследование — часть работы Национального научного фонда США по созданию устойчивых методов химического синтеза. Катарин Коверт, руководитель программы, отмечает, что фоторедокс-катализ уже изменил фармацевтику, а теперь открывает новые пути для энергоэффективных процессов.

Команда центра сейчас разрабатывает похожие системы для других задач:

• производство аммиака для удобрений,
• уничтожение вечных химикатов PFAS,
• переработка пластиков.

Мы собрали команду звезд, чтобы решать эти вызовы, — говорит Мияке. — У мира есть срок, и если не изменить подходы сейчас, потом может быть поздно.

Метод может сократить затраты энергии в химической промышленности на 30–50% для некоторых процессов, так как исключает нагрев. Это особенно важно для производства лекарств, где чистота и контроль реакций критичны. Также снизится углеродный след — меньше выбросов от сжигания топлива для энергозатратных процессов. Другое применение — переработка пластиков: если разлагать их при комнатной температуре, станет дешевле бороться с загрязнением.

Пока метод тестировали только на простых аренах в лаборатории. В реальности нефть содержит примеси, которые могут мешать реакции. Также неясно, как масштабировать систему — возможно, для промышленности потребуются дорогие катализаторы или особые условия.

Ранее ученые придумали способ превратить мочу в материал для имплантов.