等离子体催化剂打破了减少重要化学原料的记录

一种将硝基芳烃还原为胺的方法——化学工业中的一个关键过程，通常需要极端条件和有毒试剂——已经在环境条件下使用可见光进行了演示。该工艺使用地球上丰富的等离子体光催化剂铜铁硫化物来提供热电子和空穴，实现了成本标准化的生产率约为目前水平的10倍，因此可能在减少化学工业的碳足迹方面发挥重要作用。

将硝基芳香族化学品还原为相应的胺是生产油漆、聚合物、农用化学品和扑热息痛等药物的关键中间步骤。然而，目前使用的标准方法通常需要超过100˚C的温度，贵金属催化剂和超过5MPa的氢气。一些研究小组已经设计出基于光催化的无贵金属替代品，但这些替代品通常反应时间长，选择性差，或者仍然需要较高的温度和高压氢气。

在过去的十年中，研究人员越来越多地研究了表面等离子体相互作用，其中纳米颗粒充当电磁天线，以发展被称为等离子体元的量子化电子密度振荡。几飞秒后，它们要么衰变为光子，要么衰变为高能电子-空穴对。光子的辐射衰变使彩色玻璃变色，并增强了表面增强拉曼光谱中的信号。非辐射电子衰变能显著加速化学反应吗．通常表面等离子体相互作用需要金属-通常是贵金属，如黄金．然而，最近，研究人员对三元硫系化合物的等离子体性质越来越感兴趣，这些硫系化合物无毒且在地球上大量存在。

在这项新工作中，捷克共和国RCPTM的研究人员使用了黄铜矿纳米晶体，这种晶体具有类似于金纳米颗粒的表面等离子体共振。然而，除了便宜得多之外，它们还有比金更好的催化性能，因为等离子体元的辐射衰变被抑制了，因此产生了更多的电子-空穴对。此外，反应物很容易吸附到纳米颗粒表面。研究人员发现，当他们用蓝光照射含有黄铜纳米晶体的硝基苯和肼溶液2小时后，肼以100%的收率和选择性将硝基苯还原为苯胺。此外，等离子体衰变产生的热量将温度从25˚C提高到58˚C，这也提高了反应速率。

研究人员随后研究了其他多种硝基芳烃的反应，其中一些含有相互竞争的官能团。他们发现，他们的反应不仅成功，而且通常比以前的过程具有更高的选择性，即使对于含有其他可还原性基团的挑战性反应物也是如此。例如，之前对4-硝基苯腈的最高选择性为75%，而他们的最高选择性为99%。催化剂使用后可回收再利用。总的来说，研究人员得出结论，催化剂选择性还原硝基芳烃的成本归一化率比目前的技术水平好一个数量级。

记者无法联系到研究人员置评，但Prashant耆那教徒的美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员对这种催化剂适用于各种不同硝基芳烃的性能印象深刻，并报告了与现有催化剂相比的巨大改进。不过，他也发出了警告。他说，联氨确实是一种有毒试剂:它基本上就是火箭燃料。“你已经通过使用这么强的还原剂增强了反应性。此外，他补充说，“论文中提出的一个观点是，人们经常使用氢气，而联氨可以从氨中获得。”嗯，要合成氨，你需要氢……在某种意义上，联氨只是一种高密度的氢来源，所以这需要在进一步的工作中进行研究。你提供了一个外部能源，所以这个过程可以用一种更温和的还原剂来进行吗?“他还想知道反应速率的增加中有多少是真正的光化学的，有多少是光热的，以及是否需要等离子体吸收来解释结果，因为黄铜矿是一种直接带隙半导体，强烈吸收可见光并产生电子-空穴对。”