一种改进的可见光收集催化剂可加速反应

光催化是在光催化剂存在的情况下利用光来加速反应速率。催化剂在这个过程中起着至关重要的作用——它吸收照射在其上的光，并以有助于加速化学反应并增强化学反应的方式使其可用。这些催化剂用于各种依赖于光的反应，从造纸到将二氧化碳转化为燃料。鉴于这些应用，开发理想的光催化剂非常重要。一种理想的光催化剂是使用一种过渡金属同时进行可见光吸收和化学转化的催化剂。目前，可见光驱动的单一过渡金属催化剂仅限于一种操作机制，称为自由基机制，或者光捕获能力低，使它们严重依赖某些底物。因此，需要一种理想的单一过渡金属催化剂来解决这些问题。

幸运的是，由助理教授 Yuki Nagashima 领导的东京工业大学 (Tokyo Tech) 的一组研究人员报告了一种新型可见光驱动的单一过渡金属催化剂，可以解决这些问题。他们的发现发表在Nature Synthesis 上。Nagashima 博士解释说：“我们设想了前所未有的基于铑 (Rh) 的光催化剂——螺-芴-茚并茚基 (SFI)-Rh(I) 复合物——它结合了高光收集能力和广泛的适用性。”

该团队发现，围绕中心 Rh 原子(称为配体)延伸分子对于提高这些复合物的光捕获能力是必要的，但也会降低它们的稳定性。因此，该团队使用非融合延伸策略设计了 SFI-Rh(I) 配合物，在不影响所得催化剂稳定性的情况下延伸配体周围的分子。事实上，他们的扩展策略使催化剂对质子化稳定，并有助于提高其光捕获能力，从而减少其底物依赖性。该催化剂还被设计成能够使用多种机制来执行，这超出了以前催化剂使用的激进机制。

“我们的催化剂经过精心设计，与之前描述的催化剂相比具有许多优势，同时适用于复杂反应。SFI-Rh(I) 配合物可以很容易地扩展在室温下使用蓝光 LED 照射的典型 Rh 催化反应的范围。这，”Nagashima 博士总结道，“为这些催化剂的未来应用以及一般的光催化反应开辟了许多途径。我们相信这种催化剂有潜力成为一种多功能的光驱动催化剂，可以突破各种光反应中的基态限制。”