Ispirati da queste giornate di pieno sole, vogliamo in questo post accennare qualcosa sulla fotocatalisi, un settore di ricerca che ha ricevuto crescente interesse durante l'ultimo decennio.
Dal punto di vista storico, l'interesse per le reazioni catalizzate dalla luce può essere attribuito a Priestley - che decompose l'ossido di mercurio convergendo su di esso i raggi solari con una lente, ottenendo ossigeno e mercurio.
Priestley osservò anche l'importanza della luce solare per la vita delle piante e la capacità delle piante di produrre ossigeno se esposte alla luce del sole: a lui possiamo attribuire la scoperta della fotosintesi.
John Davy, esponendo alla luce una miscela di cloro e di monossido di carbonio, ottenne il fosgene, un composto "generato dalla luce".
Esponendo una soluzione di bromo in esano alla luce solare, si osserva una progressiva decolorazione: si formano bromoderivati incolori e HBr gassoso.
L'interesse per l'influenza della luce sulle reazioni continuò per tutto il XIX secolo: ad esempio, Hofmann, Liebig, Regnault e altri descrivono come lo stirene o il cloruro di vinile, esposti alla luce, formino masse solide.
Le reazioni fotocatalitiche costituiscono una classe di reazioni in cui la luce ricopre un ruolo chiave grazie ad un catalizzatore opportuno, che guida una trasformazione chimica.
Usare la luce come sorgente di energia presenta diversi vantaggi: la luce solare è una risorsa naturale unica, economica e rinnovabile. Quindi, per sviluppare processi chimici più ecologici, i chimici si sono impegnati per imparare come usare la luce per promuovere una reazione desiderata.
Tutto ciò non è banale: anche se sono stati compiuti grandi progressi, sono spesso necessarie radiazioni UV ad alta energia e vengono utilizzati speciali fotoreattori.
In laboratorio, i chimici sviluppano nuove metodologie per applicazioni su piccola scala. Essi mescolano i diversi reagenti e il catalizzatore in un recipiente di vetro e poi li irradiano con la luce per il periodo di tempo desiderato.
Segue l'analisi del prodotto, uno step fondamentale per migliorare le prestazioni della reazione e perfezionare le condizioni operative nel successivo ciclo di esperimenti.
Sulla base delle conoscenze acquisite in laboratorio su piccola scala, l'industria chimica sta lentamente adottando reazioni fotochimiche per la produzione industriale di prodotti utili. Gli studi continuano.
In assenza di ioni metallici, la transizione S1 (nπ*) dell'acetofenone è eccitata a 320 nm, con intersystem crossing (ISC) che avviene con una costante di tempo ISC = 5,95 ± 0,47 ps in soluzione di acetonitrile. L'eccitazione a 280 nm accede allo stato S2 (ππ*), che converte internamente (<0,2 ps) in S1 prima di subire ISC con τ ISC = 4,36 ± 0,14 ps.
La coordinazione con gli ioni Mg2+ rende lo stato S2 accessibile all'eccitazione a 320 nm, con la velocità di conversione interna S2→ S1 che si riduce di tre volte ma il tasso ISC aumenta.
Questi cambiamenti alle energie e alla dinamica dello stato eccitato di questo fotosensibilizzatore indicano che i sali metallici disciolti potrebbero modificare la fotochimica di sistemi fotocatalitici omogenei sinteticamente utili.
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