知識(shí)科普|影響光化學(xué)合成反應(yīng)的重要因素

時(shí)間：2022-12-21作者：北京泊菲萊科技有限公司瀏覽：71

傳統(tǒng)的合成步驟受到熱力學(xué)限制往往較為繁瑣，反應(yīng)過(guò)程需要消耗大量能量及溶劑，且產(chǎn)物選擇性不高，生成的副產(chǎn)物對(duì)環(huán)境有較高的危害性。全合成過(guò)程中一些具有特殊結(jié)構(gòu)的反應(yīng)，如果采用光催化反應(yīng)的方式，能較大縮短反應(yīng)步驟，降低能耗的同時(shí)減少副反應(yīng)的發(fā)生，使得反應(yīng)加綠色經(jīng)濟(jì)。

近年來(lái)，隨著光催化在合成中的發(fā)展，光催化合成已經(jīng)逐步發(fā)展成光催化領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。

目前相關(guān)的研究主要涉及以下一些重要的反應(yīng)：偶聯(lián)反應(yīng)、聚合反應(yīng)、官能團(tuán)的氧化反應(yīng)、官能團(tuán)的還原反應(yīng)、手性分子合成等。

隨著研究的不斷深入，光催化劑也已經(jīng)不再局限于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體光催化劑，常用的其它光催化劑有釕、銥金屬絡(luò)合物、染料等。

光催化合成之所以得到越來(lái)越多的關(guān)注，主要是因?yàn)閷⒐獯呋夹g(shù)應(yīng)用于合成反應(yīng)有如下優(yōu)點(diǎn)：

利用取之不盡用之不竭的太陽(yáng)能作為能量來(lái)源，可以節(jié)省傳統(tǒng)能源的浪費(fèi)以及使用中帶來(lái)的污染；

反應(yīng)條件溫和，能夠在常溫常壓條件下進(jìn)行反應(yīng)，減少了有毒、腐蝕性試劑的使用，且低溫利于手性化合物的合成；

通過(guò)對(duì)光催化劑進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以有效提高目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性，減少副產(chǎn)物的生成，提高原子經(jīng)濟(jì)性。

光催化合成的自由基反應(yīng)機(jī)理，可以突破傳統(tǒng)合成中熱力學(xué)反應(yīng)的限制，使傳統(tǒng)需要多步完成的反應(yīng)簡(jiǎn)化為一步反應(yīng)，大幅減少能量、溶劑、反應(yīng)試劑的消耗以及合成廢料的產(chǎn)生。

影響光化學(xué)合成反應(yīng)的重要因素有許多，主要的幾點(diǎn)如下：

1、催化劑的選擇與光的波長(zhǎng)

光催化劑吸收不同波長(zhǎng)光子生成的對(duì)應(yīng)激發(fā)態(tài)不同，其氧化還原能量不同，進(jìn)而發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)也可能存在差異。選擇合適的波長(zhǎng)的光源可有效減少副反應(yīng)的發(fā)生，提高產(chǎn)物選擇性。

泊菲萊LED光源255~940 nm多波長(zhǎng)可選

藍(lán)光吸收區(qū)域λ/nm:450、460、475、485、505

綠光吸收區(qū)域λ/nm:520、525、535、550、575

2、光的強(qiáng)度與光照效率

當(dāng)光照強(qiáng)度遠(yuǎn)光催化劑濃度時(shí)，處于激發(fā)態(tài)的光催化劑濃度升高，激發(fā)態(tài)光催化劑可吸收二個(gè)光子生成高能量的激發(fā)態(tài)或者高能電子溢出引發(fā)新的反應(yīng)。調(diào)節(jié)合適的光照強(qiáng)度可以調(diào)控反應(yīng)類型。

泊菲萊LED光源光功率100~450 mW/cm2可調(diào)。

3、反應(yīng)裝置

傳統(tǒng)釜式反應(yīng)操作方便，但是光穿透效率限制了反應(yīng)速率，且傳質(zhì)傳熱效率低導(dǎo)致反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)長(zhǎng)和選擇性低。新型流動(dòng)化學(xué)反應(yīng)可以有效提高光照效率，加快傳質(zhì)傳熱速率，從而提高產(chǎn)率和選擇性，且流動(dòng)反應(yīng)容易進(jìn)行放大生產(chǎn)。

泊菲萊PLR-SMCR1000多相微通道反應(yīng)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)小型的光催化流動(dòng)實(shí)驗(yàn)。

4、駐留時(shí)間

駐留時(shí)間即流動(dòng)化學(xué)中反應(yīng)液光照時(shí)間，時(shí)間太短反應(yīng)不；時(shí)間太長(zhǎng)可能引發(fā)副反應(yīng)。合適的駐留時(shí)間可以提高原料轉(zhuǎn)化率減少副反應(yīng)發(fā)生。

泊菲萊PLR-SMCR1000多相微通道反應(yīng)系統(tǒng)可提供5 mL、10 mL容積反應(yīng)管和1.5~8.5 mL/min流速控制，滿足不同駐留時(shí)間需求。

5、流速以及反應(yīng)液混合效率

流動(dòng)反應(yīng)可以將反應(yīng)物和催化劑混合，提高混合效率。而氣-液、液-液流體可進(jìn)一步促進(jìn)相內(nèi)混合速率，提高兩相接觸面，加快反應(yīng)速率。 

泊菲萊多相微通道反應(yīng)系統(tǒng)可引入氣-液、液-液流體進(jìn)一步促進(jìn)相內(nèi)混合速率，尤其適用于氣/液，液/液非均相反應(yīng)體系。

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• 詞條

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