Investigadores de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) han hecho un progreso considerable en el campo de la fotocatálisis mediante el desarrollo de una nueva clase de marcos orgánicos covalentes (COF) que pueden usar situaciones de singlete y triplete. Este enfoque innovador podría mejorar la eficiencia de las reacciones químicas impulsadas por la luz solar, un aspecto esencial de la tecnología verde.
La catálisis fotográfica utiliza la luz solar para iniciar reacciones químicas, pero tradicionalmente, la mayoría de los materiales se limitan al uso de situaciones de singletes o triplete. Esta capacidad única limita tanto la eficiencia como el alcance de las aplicaciones, en particular bajo la luz solar natural, que incluye una variedad de longitudes de onda. El estudio reciente, dirigido por el profesor Donglin Jiang del Departamento de Química de NUS, tiene la intención de abordar estas limitaciones haciendo posible el uso simultáneo de ambas especies en un solo material.
Publicado en la revista Materiales naturalesLos COF de doble canal del equipo tienen un acuerdo ordenado de donantes y unidades de aceptación que están estratégicamente apiladas en una estructura precisa en forma de columna. Este diseño, reforzado por la unión robusta de hidrógeno, mejora significativamente la estabilidad y el rendimiento de los materiales cuando se exponen a la luz. Una de las ventajas más importantes es su capacidad para facilitar las reacciones fotocatalíticas utilizando longitudes de golf de luz roja e infrarroja cercana que a menudo se alojan bajo catalizadores convencionales.
Estos materiales libres de metales no solo ofrecen una alternativa más amigable con el medio ambiente, sino que también son costosos efectivos, por lo que se abre un espectro de aplicaciones potenciales en producción de combustible limpio, productos farmacéuticos y procesos industriales sostenibles. El diseño alterno de donantes y aceptores en el COFS garantiza la carga eficiente y la transferencia de energía, lo que significa que se utilizan dos condiciones excitadas diferentes:
- Estados singleteHaga posibles reacciones químicas rápidas y selectivas.
- Estados de tripleteProporcionar energía a largo plazo para transformaciones más complejas.
La efectividad de estos nuevos COF se ha demostrado en varias pruebas. Por ejemplo, un material, denominado H₂P-BT (OME) ₂-COF, logró una notable tasa de conversión de 98% de bencilamina en el producto deseado en solo 10 minutos bajo la luz roja (620 nm). Tenía una frecuencia de rotación de 1,298 por hora, lo que indica que cualquier lugar activo en el material puede catalizar más de mil reacciones por hora sin la necesidad de metales o productos químicos adicionales.
Además, la naturaleza modular de estos marcos asegura un ajuste simple simplemente cambiando el donante o las unidades de aceptación, dirigidas a varias reacciones químicas. Su arquitectura porosa permite transportar rápidamente los reactivos, lo que los hace candidatos ideales para aplicaciones industriales, como el procesamiento actual continuo.
El profesor Jiang expresó entusiasmo por las implicaciones de esta investigación y declaró que los nuevos caminos se abre para la catálisis de fotos sostenibles. Los COF de doble canal ilustran el potencial de una cosecha de luz más completa y eficiente con materiales libres de metales, y hay mucha emoción por explorar aplicaciones del mundo real de esta tecnología.
En el futuro, el equipo de investigación quiere ajustar estos COF para aplicaciones a gran escala, incluida la generación de heridas solares y la remediación del medio ambiente. Al refinar sus estructuras, imaginan que estos materiales se integran en una amplia gama de procesos químicos impulsados por la luz, de modo que una nueva era de usos de producción química sostenible.
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