Tổng hợp bằng năng lượng Mặt Trời: Tiềm năng trong quang xúc tác ánh sáng khả kiến

Sự quan tâm đối với tổng hợp quang hóa học đã được thúc đẩy một phần bởi nhận thức rằng ánh sáng Mặt Trời là nguồn năng lượng có hiệu quả vô tận. Các nhà hóa học cũng từ lâu đã nhận ra các mô hình tái hoạt hóa đặc biệt chỉ khả dụng thông qua kích hoạt quang hóa học. Tuy nhiên, hầu hết các phân tử hữu cơ đơn giản chỉ hấp thụ ánh sáng cực tím (UV) và không thể được kích hoạt bằng các bước sóng khả kiến chiếm phần lớn năng lượng Mặt Trời mà Trái Đất nhận được. Kết quả là, quang hóa học hữu cơ nói chung đòi hỏi việc sử dụng các nguồn sáng UV.

Trong vài năm qua, đã có sự hồi sinh của sự quan tâm đối với quang hóa tổng hợp, dựa trên việc nhận ra rằng các chromophore kim loại chuyển tiếp đã được khai thác rất hiệu quả trong thiết kế các công nghệ chuyển đổi năng lượng mặt trời cũng có thể chuyển đổi năng lượng ánh sáng khả kiến thành tiềm năng hóa học hữu ích cho mục đích tổng hợp. Ánh sáng khả kiến cho phép các phản ứng quang hóa hiệu quả của các hợp chất có liên kết yếu nhạy cảm với sự phân hủy UV. Thêm vào đó, các phản ứng quang hóa ánh sáng khả kiến có thể được thực hiện bằng cách sử dụng bất kỳ nguồn nào của ánh sáng trắng, bao gồm ánh sáng Mặt Trời, qua đó loại bỏ nhu cầu sử dụng các photoreactor UV chuyên dụng. Tính năng này đã mở rộng khả năng tiếp cận các phản ứng quang hóa cho một dải rộng hơn các nhà hóa học hữu cơ tổng hợp. Nhiều loại phản ứng hiện đã được chứng minh khả thi đối với quang xúc tác ánh sáng khả kiến thông qua chuyển electron do ánh sáng gây ra tới hoặc từ chromophore kim loại chuyển tiếp, cũng như các quá trình chuyển năng lượng. Tính dự đoán của các trung gian được tạo ra và dung sai của các điều kiện phản ứng đối với một loạt các nhóm chức đã cho phép ứng dụng các phản ứng này trong việc tổng hợp các phân tử mục tiêu ngày càng phức tạp.

Chiến lược tổng quát này trong việc sử dụng ánh sáng khả kiến trong tổng hợp hữu cơ đã và đang được chấp nhận bởi một cộng đồng các nhà hóa học tổng hợp đang phát triển. Nhiều nghiên cứu hiện tại trong lĩnh vực mới nổi này đang hướng đến việc khám phá các giải pháp quang hóa cho các mục tiêu tổng hợp ngày càng tham vọng. Quang xúc tác ánh sáng khả kiến cũng thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu trong sinh học hóa học, khoa học vật liệu, và khám phá thuốc, những người nhận ra rằng các phản ứng này mang lại cơ hội đổi mới trong các lĩnh vực vượt ra ngoài tổng hợp hữu cơ truyền thống. Mục tiêu dài hạn của khu vực mới nổi này là tiếp tục cải thiện hiệu quả và tính tiện dụng tổng hợp và thực hiện mục tiêu lâu dài là thực hiện tổng hợp hóa học bằng Mặt Trời.