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微化知識
光催化有機合成光源波長連續(xù)不可調(diào)且利用效率低的原因分析及解決策略
- 作者:科芯微流
- 發(fā)布時間:2022-11-01
- 點擊:1715
光源波長連續(xù)不可調(diào)且利用效率低,也是光催化偶聯(lián)反應在有機合成領(lǐng)域應用中的主要挑戰(zhàn)之一,很多化學家都在致力于解決這一問題,目前也已經(jīng)有了一些解決思路,下面就讓我們具體來分析一下光源波長連續(xù)不可調(diào)且利用效率低的主要原因和解決策略。
光催化反應與傳統(tǒng)加熱反應的本質(zhì)區(qū)別在于能量形式的不同。化學家們利用光源能量,照射反應體系中的吸光物質(zhì)使其達到激發(fā)態(tài),從而將光量子形式轉(zhuǎn)化為單電子形式,促進了底物中化學鍵的斷裂與形成。研究發(fā)現(xiàn),盡管任何激發(fā)態(tài)的躍遷都會弛豫到最低未占分子軌道 (LUMO),但從能量利用角度,我們依然期望能夠使用滿足需求的最低能量光作為光源。在這方面,發(fā)光二極管 (LED) 無疑是光催化氧化還原中的光源的最優(yōu)選擇,原因有三,一是相比與其他光源(如氙燈、汞燈),LED光源具有更高的光電轉(zhuǎn)換效率; 二是具有可調(diào)波長的相對窄的半峰寬; 三是LED的光衰減非常低。盡管目前商業(yè)化的LED光源已經(jīng)滿足了基本的研發(fā)需求,但仍然具有以下兩方面的問題,一是單一光源裝置無法實現(xiàn)波長的連續(xù)可調(diào)使得操作較為復雜;二是持續(xù)的光源照射不僅造成了極大的能量浪費,而且光漂泊容易導致催化劑失活,這一缺點在光催化連續(xù)流反應技術(shù)中表現(xiàn)的尤為突出。
LED光源耦合技術(shù):針對以上兩方面的問題,我們擬開發(fā)一種新型的LED耦合型光源。首先,通過多種發(fā)光材料耦合的方式進行不同波長之間的疊加,從而得到360 nm-950 nm之間的任意波長,實現(xiàn)不通波長之間的連續(xù)切換;此外,我們還將利用LED二極管高速可開關(guān)的特性,通過調(diào)節(jié)“開”與“關(guān)”的時間間隔,提供不同激發(fā)時間的間歇式光源,增加光源的利用效率。
連續(xù)流工藝和LED光源耦合技術(shù)的應用,可以在很大程度上解決光催化有機合成光源波長連續(xù)不可調(diào)且利用效率低這一問題,相信不久以后,這些技術(shù)會全部應用到光催化有機合成領(lǐng)域中。