Химики разработали новый способ расщепления воды

Исследователи из Мюнстерского университета разработали новый фотокаталитический процесс активации воды с использованием триарилфосфинов, облегчающий производство водорода из воды. Этот инновационный подход использует энергию света для запуска реакции и демонстрирует потенциал для изучения новых химических процессов с использованием атомов водорода в синтезе.

Производство водорода из воды

Фотокаталитический процесс позволяет активировать воду.

Водород часто рекламируется как энергетическое решение будущего, особенно когда он вырабатывается экологически безопасными методами. Помимо своего энергетического потенциала, водород играет решающую роль в производстве активных ингредиентов и различных незаменимых соединений. Для получения водорода воду (H2O) можно превратить в газообразный водород (H2) посредством серии химических реакций.

Однако, поскольку молекулы воды очень стабильны, расщепление их на водород и кислород представляет собой большую проблему для химиков. Чтобы это вообще удалось, воду сначала необходимо активировать с помощью катализатора – тогда она легче вступит в реакцию.

Активация воды с использованием триарилфосфинов

Группа исследователей под руководством профессора Армидо Штудера из Института органической химии Мюнстерского университета (Германия) разработала фотокаталитический процесс, в котором вода в мягких условиях реакции активируется посредством триарилфосфинов, а не, как в большинстве других процессов, через комплексы переходных металлов.

Атом водорода (H) из воды (H2O) переносится на катион-радикал фосфин-вода под действием световой энергии (LED). Этот важный радикальный промежуточный продукт может дополнительно переносить атом водорода (белый) на субстрат. Синие области указывают распределение спинов электронов. Фото: Кристиан Мюк-Лихтенфельд.

По словам команды, эта стратегия, недавно опубликованная в журнале Nature, откроет новую дверь в очень активную область исследований, связанных с радикальной химией. Радикалы, как правило, являются высокореактивными интермедиатами. Команда использует специальный промежуточный продукт – катион-радикал фосфин-вода – в качестве активированной воды, от которой атомы водорода из H2O могут быть легко отделены и перенесены на следующий субстрат.

Реакция осуществляется за счет энергии света.

• «Наша система, — говорит Армидо Штудер, — предлагает идеальную платформу для исследования неисследованных химических процессов, в которых атом водорода используется в качестве реагента при синтезе».

Доктор Кристиан Мюк-Лихтенфельд, анализировавший активированные водные комплексы с помощью теоретических методов, говорит:

• «Водородно-кислородная связь в этом промежуточном соединении чрезвычайно слаба, что позволяет передавать атом водорода различным соединениям».

Доктор Цзинцзин Чжан, проводивший экспериментальную работу, добавляет:

• «Атомы водорода активированной воды могут быть переведены в алкены и арены в очень мягких условиях, в так называемых реакциях гидрирования».

Реакции гидрирования имеют огромное значение в фармацевтических исследованиях, в агрохимической промышленности и в материаловедении.

Источник

Метки: вода