太阳是地球上最可持续的能源

2019-10-10 10:10:09

太阳是地球上最可持续的能源,可用于推动光化学反应。在《Angewandte Chemie》杂志上,科学家们提出了一种广泛适用的,具有成本效益的光微反应器。它基于“发光太阳能聚光器”,该聚光器收集,转换光子并使之可用于化学反应。因此,研究人员能够合成各种物质,包括两种药物。

迄今为止,对太阳光利用的研究主要集中在太阳能,太阳热能和太阳能燃料上,而以太阳能为动力的化学合成仍处于起步阶段。光能可以促进化学反应;例如,通过将催化剂移动到激发态并由此加速反应甚至首先使其成为可能。然而,作为光源的太阳在某些方面是不利的,因为大部分太阳光谱辐照度(单位面积的表面所接收的辐射通量)落在相对窄的可见范围内。此外,辐照度的波动是由诸如飞过的云等现象引起的。

来自埃因霍温科技大学(荷兰)和马克斯-普朗克胶体与界面研究所(德国波茨坦)的科学家现在首次表明,太阳辐照可以有效地驱动多种光子驱动的转换。成功的秘诀是他们特别设计的,具有成本效益的基于发光太阳能聚光器(LSC)的“光微反应器”。

LSC由掺有特殊发光体的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成的导光板组成,这些发光体捕获了太阳光谱中的光子,随后将其释放为具有更长波长特性的荧光,供发光体使用。这样,阳光被集中在一个狭窄的波长范围内,并且光谱分布的日光和天气相关波动变得可以忽略。

由耐溶剂聚合物制成的微小通道被嵌入包含反应混合物的LSC平板中。监视光强度的光传感器连接到自动调节混合物流速的集成电路:光强度越低,混合物通过通道的速度就越慢,从而获得足够的反应产率所需的光剂量。这样做可以补偿太阳光辐照度的波动,并使产品质量保持一致。

掺杂发光体的选择取决于激发催化剂所需的波长。由蒂莫西·诺埃尔(Timothy Noel)领导的团队生成了红色,绿色和蓝色的LSC反应器,用于由红色装置的光催化剂亚甲基蓝,绿色的曙红Y和玫瑰红催化的蓝色反应器和基于钌的金属配合物。诺埃尔说:“使用这些装置,我们成功地合成了抗蠕虫药阿斯卡里多和抗疟药青蒿素的中间体。” “基于太阳能的生产方法对于高附加值产品(例如精细化学品,药物和香料)具有极大的吸引力。它将特别适合于有限的资源环境。”

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