Ксеноновый источник света (Newport) для изучения фотостабильности и генерации синглетного кислорода растворами красителей. Фото: Иван Скворцов / ИГХТУ
Ученые Ивановского государственного химико-технологического университета (ИГХТУ) создали фотокатализаторы, которые смогут разлагать токсичные отходы, а также синтезировать новые лекарственные препараты и биологически активные соединения с помощью видимого света. Полученные соединения (фотокатализаторы) способны под воздействием света превращать кислород в его активную форму (синглетный кислород). С помощью таких молекул некогда токсические органические соединения станут обычной водой и углекислым газом. Результаты исследования поддержаны грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ) и опубликованы в журнале ChemPlusChem.
Главное преимущество новой технологии в том, что в качестве источника света можно задействовать знакомую всем светодиодную лампу или солнечный свет. Сейчас для разложения токсичных отходов используют ультрафиолетовые лампы, но технология расщепления с помощью видимого света (обычной LED-лампочки), предложенная учеными из Иваново, более выгодна: она позволит удешевить процесс в 65–70 раз. Такой способ разложения отходов также более экологичен, чем использование дорогих ультрафиолетовых ламп или металлических катализаторов, убивающих живые организмы в воде, например, фитопланктон, которым питаются рыбы. Использование новой технологии ИГХТУ поможет избежать этого.
Чтобы получить синглетный кислород под действием видимого света, ученые из Иваново вместе с коллегами синтезировали шесть специальных химических соединений ― фотокатализаторов. Такой катализатор, получая энергию света, передает ее на молекулы кислорода, тем самым активируя их.
В пресс-службе РНФ пояснили, что полученные фотокатализаторы можно в будущем применять на очистных сооружениях фабрик и заводов, где под влиянием света малой мощности от относительно дешевых LED-ламп они будут превращать обычный кислород в синглетную форму. Она, в свою очередь, будет разрушать полупродукты лекарств и ароматические углеводороды до воды и углекислого газа. Еще одно перспективное применение таких фотокатализаторов ― превращение (с эффективностью 96–100%) сульфидов в сульфоксиды, входящие в состав лекарств для противораковой терапии и лечения заболеваний нервной системы. Кроме того, фотокатализаторы могут применяться до 1 тыс. раз без потери эффективности, что сопоставимо с промышленно используемыми для образования сульфоксидов фотокатализаторами.
Подробнее о новой разработке и ближайших планах ученых корреспонденту «Научной России» рассказал старший научный сотрудник лаборатории синтеза и исследования порфиразиноидов Ивановского государственного химико-технологического университета грантополучатель РНФ Иван Скворцов.
«Вся экспериментальная работа заняла у нас с коллегами чуть больше семи месяцев. Она подразделялась на несколько этапов: во-первых, синтез исследуемых фотоактивных соединений ― это самая долгая часть работы; во-вторых, изучение их фотостабильности и физико-химических свойств ― прежде всего способности генерировать синглетный кислород; в-третьих, проведение фотокаталитических тестов для оценки эффективности превращения сульфидов в сульфоксиды. Последний этап работы был бы невозможен без коллаборации с группой профессора Кирилла Бирина <…> В первую очередь нам необходимо протестировать широкую линейку катализаторов и фотоокисляемых субстратов, то есть набор различных по химическому строению сульфидов и токсичных водных загрязнителей (например, антибиотиков и красителей). Далее, проанализировав фотокаталитическую активность в зависимости от структуры катализатора, нужно будет определиться с лучшим кандидатом для проведения масштабирования фотохимического процесса, что приблизит использование фотокатализатора к его практическому применению».
Участие в исследовании принимал большой коллектив ученых. Помимо ИГХТУ, это специалисты из Российского технологического университета МИРЭА (Москва), Института физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН (Москва) и Института химии растворов имени Г.А. Крестова РАН (Иваново).
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ