ナノクリスタルは光エネルギーを蓄え、化学反応を促進します

クレジット: ワイリー

化学は、植物が光合成で行うことができるトリックを使用して反応を起こしています。光エネルギーで、うまく機能しないか、まったく自発的に発生しない化学物質を駆動します。 これには、光エネルギーを捕捉して反応に利用できる適切な光触媒が必要です。 ジャーナルでは Angewandte ケミー、中国の研究チームは、挑戦的な有機変換を効率的に推進する層状のコア/シェル量子ドットを導入しました. それらの低毒性は特に利点です。

量子ドットは、無機半導体の微細に分散されたナノスケールの結晶です。 それらはスペクトルの調整可能な範囲で強く吸収し、リサイクルが容易です。 これまで、光触媒量子ドットは、毒性の高い元素であるカドミウムと鉛のみに基づいていました。 このことと、容量が限られていることが、より幅広い用途への主な障壁となっています。

Kaifeng Wu (中国科学院) が率いる研究チームは、非常に低い毒性と非常に高性能な新しい量子ドットを導入しました。 それらは市販の青色 LED によって活性化されます。通常は必要な UV 光は必要ありません。 その成功の秘訣は、コア/シェル構造と、光エネルギーを「保存」するために使用できる可変コーティングにあります。

量子ドットの幅はわずか数ナノメートルです。 それらのコアはセレン化亜鉛 (ZnSe) で構成され、硫化亜鉛 (ZnS) でできた薄いシェルに囲まれています。 青色光は、セレン化亜鉛を励起状態にし、電子を簡単に放出できるようにします。 シェルは、電子がいわゆる欠陥によってすぐに捕獲されるのを防ぎます。

チームは、量子ドットから電子を「吸い上げ」て保存し、有機反応に利用できるようにする特殊なベンゾフェノン配位子をシェルの表面に装備しました。 たとえば、チームは塩化アリールの還元的脱ハロゲン化とアクリル酸エステルの無添加重合を実行することができました。これは、従来の光触媒では不十分またはまったく実行されない重要な反応です。

2 番目のバージョンは、励起された量子ドットからエネルギーを直接吸収できるビフェニル配位子で表面をコーティングすることによって作成されました。 これにより、長寿命で非常にエネルギーの高い三重項状態になります。 このように「蓄えられた」三重項エネルギーは、特定の有機分子に移動することができ、その有機分子も三重項状態に入ります。 この状態では、基底状態では不可能な化学反応を受けることができます。

デモンストレーションとして、チームは [2+2] スチレンのホモ付加環化およびカルボニルとアルケンの付加環化。 これらは、医薬品開発などの分野で重要な出発物質となる物質である 4 員環 (それぞれシクロブタンまたはオキセタン) を生成します。

詳しくは:
Chengming Nie et al., Low-Toxicity ZnSe/ZnS Quantum Dots as Potent Photoreductants and Triplet Sensitizers for Organic Transformations, Angewandte Chemie インターナショナル版 (2022)。 DOI: 10.1002/anie.202213065

引用: ナノクリスタルは光エネルギーを蓄え、化学反応を促進する (2022 年 11 月 11 日) https://phys.org/news/2022-11-nanocrystals-energy-chemical-reactions.html から 2022 年 11 月 11 日取得

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