利用光来控制催化过程

大自然是奇妙的。它在生物体中发展出以惊人的效率调节复杂生化过程的能力。酶作为天然催化剂，在这种调节中发挥着关键作用，确保在细胞的整个生命周期中满足各种生理需求。

此外，特定的有机分子和金属离子与酶结合，向上或向下调节其催化活性。激活剂和抑制剂的相互作用和谐地维持了细胞内一系列化学过程的秩序。

酶催化不断激发科学家们模仿自然来控制许多领域的各种过程，从小型实验室规模到许多化合物的大型工业制造。然而，尽管合成催化剂效率很高，但加速和抑制之间的交替并不能完全阻止它们发挥作用，或者仅限于使用额外的化学品。

这种限制在管理同时和顺序过程中变得尤其重要，尽管尝试进行调节，但不需要的并行反应可能仍然存在。因此，许多研究工作正在进行中，以有效和环境友好的方式控制复杂的转化，减少额外化学品的使用，特别关注交替启动和停止选定的反应。

由VolodymyrSashuk教授领导的波兰科学院物理化学研究所(IPCPAS)的研究人员提出了一种新方法，该方法已证明可以利用光轻松控制催化过程，这可能是典型的化学调节的替代方案。酶。基于所提出的概念，有可能以完全受控的方式选择性地减慢或加速化学反应，而不会降低所用催化剂本身的性能。怎么运行的?

“我们证明，可以通过将催化剂隐藏在包围大多数无机纳米粒子表面的有机单层内来控制催化作用。因此，可以实现催化活性的完全抑制，”教授声称。弗拉基米尔·萨舒克。

研究人员专注于使用纳米结构材料来切换开/关反应，通过使用特定波长来打开或关闭催化作用，其作用很像“光开关”。该材料基于尺寸约为3nm的金纳米颗粒(AuNP)，通过AuNP和硫醇配体之间的强Au-S键合，在其表面装饰有基于钌的有机N-杂环卡宾(NHC)配合物。

该材料的独特性在于其成分，其中大体积硫醇(PT)产生空间位阻，而含偶氮苯的硫醇(SAT)支撑Hoveyda-Grubbs钌络合物，称为预催化剂，通过以下方式启动催化过程：与底物发生反应。

设计的纳米系统对特定范围的光具有光敏性，允许预催化剂改变其在有机单层内的位置，并通过电磁刺激控制对基材的访问和催化。

在可见光存在或黑暗中，钌基预催化剂暴露于溶液中，引发并维持复分解反应。相反，当系统受到紫外线照射时，偶氮配体会发生异构化，就像“按钮”一样阻止催化剂前体的活化。

这是通过材料设计实现的，其中PT配体的苯环阻碍前催化剂的进入，将其隐藏在溶液中并有效抑制催化过程。该机制的可行性得到了意大利的里雅斯特大学科学家进行的理论模拟的支持。

PaolaPosocco教授进一步解释说：“我们的计算表明，与仅含有脂肪链的金纳米粒子相比，涂有苯基部分的金纳米粒子表面可以更好地防止进入的分子。显然，这转化为观察到的催化剂关闭。”

所提出的方法可以在不使用额外化学品的情况下实现快速高效的催化剂失活，并能够控制反应速率。研究人员相信，他们对所提出材料中预催化剂位置的光诱导操纵的非常规方法将有助于提供许多功能性催化剂，这些催化剂将在各个领域得到应用，特别是在增强化学选择性领域。同时，他们强调研究过程中跨学科的作用。

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