光子驱动的变革：光如何重塑化石燃料化学

这项工作在科罗拉多州立大学（CSU）由化学系及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。他们受光合作用启发的系统利用可见光温和地改变化合物的性质。其原理是将化合物暴露于两个独立的光子（光粒子），以产生所需反应的能量。Miyake表示，单个光子通常不具备足够的能量驱动这些过程。通过结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键或添加电子。

Miyake称，他们的系统在一组名为芳香烃（亦称芳烃）的化合物上进行了测试。这些化合物通常难以发生反应。

"该技术是目前用于还原芳烃（如化石燃料中的苯）最高效的系统，可生产塑料和医药所需的化学品，" Miyake表示，"通常引发这些反应十分困难且能耗巨大，因为原始化学键非常牢固。"

该研究延续了通过CSU美国国家科学基金会可持续光氧化还原催化中心开展的工作。Miyake是这个旨在变革多领域化学合成工艺的多机构研究项目的负责人。

资助本研究的美国国家科学基金会化学创新中心项目主任Katharine Covert指出，光氧化还原催化已成为众多行业不可或缺的技术。

"光氧化还原催化在药物开发及其他行业已变得不可或缺，" Covert表示，"通过美国国家科学基金会可持续光氧化还原催化中心，合成化学家与计算化学家联手探究这些催化剂功能的基本化学本质，并由此发现了一条所需热量和能量更少的新路径。"

Miyake表示，中心的研究人员正在开发与本文所述类似的催化系统，以支持化肥用氨的节能生产、永久性PFAS化学物质的分解以及塑料的升级回收。

"我们组建了全明星化学家团队应对这些挑战，为世界创造更可持续的未来，" Miyake强调，"世界时钟正在倒计时，我们必须满足开发可持续技术的迫切需求——否则当前的行事方式将把我们推向无法挽回的境地。"

科罗拉多大学博尔德分校的Niels Damrauer教授也是该论文的作者及中心成员。其他CSU作者包括Amreen Bains、Brandon Portela、Alexander Green、Anna Wolff和Ludovic Patin。