光能驱动的炼金术：光子技术如何重塑化石燃料化学

这项研究由科罗拉多州立大学（CSU）化学系暨可持续光氧化还原催化中心（SuPRCat）的Garret Miyake教授和Robert Paton教授领导。他们的系统受到光合作用启发，利用可见光温和改变化合物性质。其原理是通过让化合物暴露于两个独立的光子（光粒子）来产生目标反应所需的能量。Miyake表示，单个光子通常不足以承载这些反应所需的能量。通过整合两个光粒子的能量，该团队的系统能够轻松实现超还原反应——这类化学变化需要大量能量来断裂强韧化学键或添加电子。

Miyake指出，他们的系统在一组名为芳香烃（arenes）的化合物上进行了测试。这些化合物通常具有化学惰性。

"该技术是目前用于还原芳烃（如化石燃料中的苯）的最高效系统，可为塑料和药品生产所需化学品提供支持，"Miyake表示。"由于原始化学键强度极高，通常这类反应难以发生且能耗巨大。"

本研究延续了通过美国国家科学基金会（NSF）设在科罗拉多州立大学的可持续光氧化还原催化中心开展的工作。Miyake领导着这项跨机构研究计划，旨在革新多领域化学合成工艺。

资助本研究的NSF化学创新中心计划项目主任Katharine Covert表示，光氧化还原催化已成为众多行业不可或缺的技术。

"光氧化还原催化在医药开发及其他工业领域已成为不可或缺的技术，"Covert说。"通过NSF可持续光氧化还原催化中心，合成化学家与计算化学家通力合作，不仅阐明了催化剂功能的基本化学本质，还找到了一条降低热量与能耗需求的新路径。"

Miyake透露，该中心研究人员正在开发类似本文所述的催化系统，旨在实现三大目标：节能生产化肥用氨、分解PFAS永久化学物质以及塑料升级回收。

"我们组建了全明星化学家团队应对这些挑战，为创造更可持续的未来贡献力量，"Miyake强调。"世界的时间钟表正在倒计时，我们必须赶在现有发展模式将人类推向不可逆转的境地之前，全力开发可持续技术。"

科罗拉多大学博尔德分校的Niels Damrauer教授亦是本文作者及中心成员。其他科罗拉多州立大学的作者包括Amreen Bains、Brandon Portela、Alexander Green、Anna Wolff和Ludovic Patin。