Energieffektiv solfotokemi med selvlysende solcellekoncentratorer

Solen er den mest bæredygtige energikilde på vores planet og kan bruges til at drive fotokemiske reaktioner. I journalen Angewandte Chemie , videnskabsmænd præsenterer en bredt anvendelig, omkostningseffektiv fotomikroreaktor. Den er baseret på selvlysende solar koncentratorer, hvilken høst, konvertere, og gøre fotoner tilgængelige for kemiske reaktioner. Dermed, forskerne var i stand til at syntetisere forskellige stoffer, inklusive to lægemidler.

Til dato, forskning i brugen af ​​sollys har fokuseret på solenergi, solvarme, og solbrændstoffer, mens den soldrevne syntese af kemikalier stadig er i sin vorden. Lysenergi kan drive kemiske reaktioner; for eksempel, ved at flytte en katalysator til en exciteret tilstand og derved accelerere en reaktion eller endda gøre det muligt i første omgang. Imidlertid, solen som lyskilde er ufordelagtig i visse henseender, fordi hovedparten af ​​solspektralbestrålingen (den strålingsflux modtaget af en overflade pr. arealenhed) falder inden for det relativt snævre synlige område. I øvrigt, udsving i indstrålingen er forårsaget af fænomener som forbipasserende skyer.

Forskerne fra Eindhoven University of Technology (Holland) og Max-Planck Institute of Colloids and Interfaces (Potsdam, Tyskland) viser nu for første gang, at et mangfoldigt sæt fotondrevne transformationer effektivt kan drives af solbestråling. Hemmeligheden bag succes er deres specialdesignede, omkostningseffektiv fotomikroreaktor baseret på luminescerende solar koncentratorer (LSC'er).

LSC'erne består af lysledende plader lavet af polymethylmethacrylat (PMMA) doteret med specielle luminophorer, der fanger fotoner fra solspektret og efterfølgende frigiver dem som fluorescens med længere bølgelængdekarakteristika til brug for luminophoren. På denne måde sollyset er koncentreret i et snævert bølgelængdeområde, og dagslys og vejrafhængige fluktuationer af spektralfordelingen bliver ubetydelige.

Små kanaler lavet af en opløsningsmiddel-resistent polymer er indlejret i LSC pladerne, som indeholder reaktionsblandingen. En lyssensor, der overvåger lysintensiteten, er forbundet til et integreret kredsløb, der autonomt justerer blandingens flowhastighed:Jo lavere lysintensiteten er, jo langsommere passerer blandingen kanalen, og derved modtage den lysdosis, der er nødvendig for et tilstrækkeligt reaktionsudbytte. Ved at gøre sådan, udsving i sollys stråling kompenseres for, og kvaliteten af ​​produktet forbliver ensartet.

Valget af dopingluminoforerne afhænger af den nødvendige bølgelængde til excitation af katalysatoren. Holdet ledet af Timothy Noël genererede rødt, grøn, og blå LSC-reaktorer til reaktioner katalyseret af fotokatalysatorerne methylenblåt til den røde enhed, eosin Y og rose Bengal for det grønne, og ruthenium-baserede metalkomplekser til den blå reaktor. "Ved at bruge disse enheder, det lykkedes os at syntetisere antiormemidlet ascaridol og et mellemprodukt af det antimalariamiddel artemisinin, udover andre, " siger Noël. "En solcellebaseret produktionstilgang er af stor interesse for produkter med høj merværdi, såsom finkemikalier, stoffer, og dufte. Det ville være særligt velegnet til begrænsede ressourceindstillinger."