利用光來控制催化過程

大自然是奇妙的。它在生物體中發(fā)展出以驚人的效率調(diào)節(jié)復雜生化過程的能力。酶作為天然催化劑，在這種調(diào)節(jié)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，確保在細胞的整個生命周期中滿足各種生理需求。

此外，特定的有機分子和金屬離子與酶結(jié)合，向上或向下調(diào)節(jié)其催化活性。激活劑和抑制劑的相互作用和諧地維持了細胞內(nèi)一系列化學過程的秩序。

酶催化不斷激發(fā)科學家們模仿自然來控制許多領(lǐng)域的各種過程，從小型實驗室規(guī)模到許多化合物的大型工業(yè)制造。然而，盡管合成催化劑效率很高，但加速和抑制之間的交替并不能完全阻止它們發(fā)揮作用，或者僅限于使用額外的化學品。

這種限制在管理同時和順序過程中變得尤其重要，盡管嘗試進行調(diào)節(jié)，但不需要的并行反應可能仍然存在。因此，許多研究工作正在進行中，以有效和環(huán)境友好的方式控制復雜的轉(zhuǎn)化，減少額外化學品的使用，特別關(guān)注交替啟動和停止選定的反應。

由VolodymyrSashuk教授領(lǐng)導的波蘭科學院物理化學研究所(IPCPAS)的研究人員提出了一種新方法，該方法已證明可以利用光輕松控制催化過程，這可能是典型的化學調(diào)節(jié)的替代方案。酶。基于所提出的概念，有可能以完全受控的方式選擇性地減慢或加速化學反應，而不會降低所用催化劑本身的性能。怎么運行的?

“我們證明，可以通過將催化劑隱藏在包圍大多數(shù)無機納米粒子表面的有機單層內(nèi)來控制催化作用。因此，可以實現(xiàn)催化活性的完全抑制，”教授聲稱。弗拉基米爾·薩舒克。

研究人員專注于使用納米結(jié)構(gòu)材料來切換開/關(guān)反應，通過使用特定波長來打開或關(guān)閉催化作用，其作用很像“光開關(guān)”。該材料基于尺寸約為3nm的金納米顆粒(AuNP)，通過AuNP和硫醇配體之間的強Au-S鍵合，在其表面裝飾有基于釕的有機N-雜環(huán)卡賓(NHC)配合物。

該材料的獨特性在于其成分，其中大體積硫醇(PT)產(chǎn)生空間位阻，而含偶氮苯的硫醇(SAT)支撐Hoveyda-Grubbs釕絡合物，稱為預催化劑，通過以下方式啟動催化過程：與底物發(fā)生反應。

設計的納米系統(tǒng)對特定范圍的光具有光敏性，允許預催化劑改變其在有機單層內(nèi)的位置，并通過電磁刺激控制對基材的訪問和催化。

在可見光存在或黑暗中，釕基預催化劑暴露于溶液中，引發(fā)并維持復分解反應。相反，當系統(tǒng)受到紫外線照射時，偶氮配體會發(fā)生異構(gòu)化，就像“按鈕”一樣阻止催化劑前體的活化。

這是通過材料設計實現(xiàn)的，其中PT配體的苯環(huán)阻礙前催化劑的進入，將其隱藏在溶液中并有效抑制催化過程。該機制的可行性得到了意大利的里雅斯特大學科學家進行的理論模擬的支持。

PaolaPosocco教授進一步解釋說：“我們的計算表明，與僅含有脂肪鏈的金納米粒子相比，涂有苯基部分的金納米粒子表面可以更好地防止進入的分子。顯然，這轉(zhuǎn)化為觀察到的催化劑關(guān)閉。”

所提出的方法可以在不使用額外化學品的情況下實現(xiàn)快速高效的催化劑失活，并能夠控制反應速率。研究人員相信，他們對所提出材料中預催化劑位置的光誘導操縱的非常規(guī)方法將有助于提供許多功能性催化劑，這些催化劑將在各個領(lǐng)域得到應用，特別是在增強化學選擇性領(lǐng)域。同時，他們強調(diào)研究過程中跨學科的作用。

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