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采用发光太阳能聚光器的节能太阳能光化学

by Wiley

太阳是我们这个星球上最可持续的能源,可以用来为光化学反应提供动力。在Angewandte Chemie期刊上,科学家们展示了一种广泛适用的,具有成本效益的光学显微反应器。它基于发光太阳能聚光器,可收集,转换和制造可用于化学反应的光子。因此,研究人员能够合成各种物质,包括两种药物。

迄今为止,对太阳能发电的研究主要集中在太阳能发电,太阳能热发电和太阳能燃料上,而太阳能合成化学品仍处于起步阶段。光能可以为化学反应提供动力;例如,通过将催化剂移动到激发态,从而加速反应或甚至使其成为可能。然而,作为光源的太阳在某些方面是不利的,因为太阳光谱辐照度的大部分(每单位面积的表面接收的辐射通量)落在相对窄的可见范围内。此外,辐照度的波动是由诸如通过云的现象引起的。

来自埃因霍温科技大学(荷兰)和马克斯普朗克胶体与界面研究所(德国波茨坦)的科学家们首次表明,太阳辐射可以有效地为多种光子驱动的变换提供动力。成功的秘诀在于他们专门设计的,具有成本效益的基于发光太阳能聚光器(LSCs)的光学反应器。

LSC由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成的导光板组成,掺杂有特殊的发光体,从太阳光谱中捕获光子,然后将它们释放为具有更长波长特征的荧光,供发光体使用。以这种方式,太阳光被集中到窄波长范围内,并且光谱分布的日光和与天气有关的波动变得可以忽略不计。

由耐溶剂聚合物制成的微小通道嵌入含有反应混合物的LSC板中。监测光强度的光传感器连接到集成电路,集成电路自动调节混合物的流速:光强度越低,混合物通过通道越慢,从而接收足够的反应产率所需的光剂量。这样,补偿了阳光辐照度的波动,并且产品的质量保持一致。

掺杂发光体的选择取决于激发催化剂所需的波长。由TimothyNoël领导的研究小组生产红色,绿色和蓝色LSC反应器,用于红色装置的光催化剂亚甲蓝催化反应,曙红Y和孟加拉玫瑰红用于蓝色反应器,钌基金属配合物用于蓝色反应器。 “使用这些装置,我们成功地合成了抗蛔虫药物ascaridole和抗疟药物青蒿素的中间体,以及其他药物,”Noël说。 “基于太阳能的生产方法对于具有高附加值的产品(例如精细化学品,药物和香料)具有高度的兴趣。它将特别适用于有限的资源设置。”

More information: Dario Cambié et al. Energy-Efficient Solar Photochemistry with Luminescent Solar Concentrator Based Photomicroreactors, Angewandte Chemie International Edition (2019). DOI: 10.1002/anie.201908553

Journal information: Angewandte Chemie International Edition, Angewandte Chemie

原文链接:https://phys.org/news/2019-08-energy-efficient-solar-photochemistry-luminescent.html

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