راکتور نانویی، نور خورشید را به پراکسید هیدروژن تبدیل کرد

پراکسید هیدروژن یکی از مواد پایه صنعت شیمی است و در سفیدکنندگی، تصفیه آب، ضدعفونی و سنتز شیمیایی کاربرد گسترده دارد. مسیر صنعتی متداول تولید آن فرایندی متمرکز و انرژی‌بر است و محصول غلیظ باید تا محل مصرف حمل شود. به همین دلیل، تولید مستقیم و کم‌غلظت H2O2 در محل مصرف با آب، اکسیژن و نور، هدفی جذاب برای مهندسی شیمی محسوب می‌شود. پژوهشگران مؤسسه فیزیک شیمیایی دالیان و دانشگاه مغولستان داخلی یک نانوراکتور توخالی CdS@polydopamine ساخته‌اند که دو ویژگی سلول زنده را تقلید می‌کند: فضای محصور برای سازمان‌دهی واکنش و یک جفت اکسایش–کاهش پویا برای جابه‌جایی پروتون. پوسته پلی‌دوپامین با جفت کاتکول/اورتو-بنزوکینون مانند «رله پروتون» عمل می‌کند و انتقال جفت‌شده پروتون–الکترون را سرعت می‌دهد. حفره داخلی و پوسته متخلخل، هم غلظت واکنش‌دهنده‌ها را در نزدیکی سایت فعال افزایش می‌دهد و هم با به‌دام‌انداختن فوتون‌ها استفاده از نور را بهبود می‌بخشد. این معماری همچنین به هماهنگ‌شدن سرعت دو نیم‌واکنش کاهش اکسیژن و اکسیداسیون آب کمک می‌کند؛ عدم توازن این دو مسیر یکی از دلایل افت بازده در بسیاری از فوتوکاتالیست‌هاست. طبق مقاله منتشرشده در Journal of the American Chemical Society، سامانه زیر نور مرئی در محلول آبی به نرخ تولید ۳٫۲۴ میلی‌مول پراکسید هیدروژن به‌ازای هر گرم کاتالیست در ساعت و بازده تبدیل خورشیدی به شیمیایی ۱٫۲ درصد رسیده است. گروه تحقیق برای بازیافت آسان‌تر، نانوراکتورها را در هیدروژل آلژینات سدیم تثبیت کرد و یک فوتوکاتالیست جامد و قابل استفاده مجدد به دست آورد. این اعداد هنوز به معنای جایگزینی فوری فرایند آنتراکینون نیست. پایداری CdS در زمان طولانی، مدیریت کادمیم، خلوص محصول، سرعت انتقال جرم و هزینه ساخت در مقیاس بزرگ پرسش‌های مهمی هستند. ارزش خبر در نشان‌دادن یک اصل طراحی است: تقلید از سازمان فضایی و زنجیره انتقال پروتون در سلول زنده می‌تواند واکنش‌های نوری را کارآمدتر کند.