近日，科罗拉多州立大学的一个研究小组取得突破性进展，开发出一种仅使用可见光即可将化石燃料转化为有用工业化学品的方法。

该新工艺无需加热，在室温下就能完成，为传统化学制造提供了更清洁、更节能的替代方案。对于长期依赖高热和高能耗的行业而言，这一进步有望显著减少对环境的影响，让塑料和药品生产等过程更具可持续性。

此次研究由化学教授加勒特·宫前(Garret Miyake)和罗伯特·帕顿(Robert Paton)领导的科罗拉多州立大学团队负责。团队设计了一种模拟植物吸收和利用光的催化系统，其过程受光合作用启发，涉及将化合物暴露在可见光下以引发高能反应。该系统不依赖热量或强压，而是采用光氧化还原催化方法，借助可见光让催化剂重新排列或减少顽固分子，以最少的能量输入实现化学转化。这项工作由科罗拉多州立大学可持续光氧化还原催化中心(SuPRCat)开展，宫前教授领导。

宫前教授表示：“我们组建了一支由化学家组成的全明星团队，以应对这些挑战，为这个世界创造一个更加可持续的未来。世界时钟即将到期，我们必须满足开发可持续技术的迫切需求，否则我们目前的行事方式将使我们陷入无法挽回的境地。”

该系统的一项关键创新是能够同时使用两个光子(光的粒子)。单个光子能量不足以驱动反应，但两个光子结合在一起却能引发强大的化学变化。宫前教授称：“这项技术是目前可用于减少芳烃(例如化石燃料中的苯)以生产塑料和医药所需化学品的最有效系统。通常产生这些反应很困难，而且耗能很大，因为原始键非常强。”

研究小组在芳香烃(又称芳烃)上测试了这种方法。芳香烃非常稳定，难以操纵，但该系统成功进行了“超还原”反应，打破了强分子键，为转化为有用材料打开了大门。利用光而非热来还原芳烃，对工业应用意义重大。这些化合物广泛用于制药、聚合物和特种化学品的化学制造，传统上改变其结构需要高温、高压或危险试剂。而新的光驱动方法在室温下操作，可降低运营成本，减少工业排放，使化学生产整体更清洁。

该方法还具有更广泛的潜力。宫前教授表示，该中心正在开发类似的系统，用于辅助肥料生产、塑料升级再造以及有毒PFAS化合物(也称为永久化学物质)的分解。

该项目是美国国家科学基金会可持续光氧化还原催化中心下属一项更大规模国家计划的一部分。该中心汇集了合成化学和计算化学领域的专家，致力于开拓化学合成的可持续方法。美国国家科学基金会化学创新中心项目主任凯瑟琳·科弗特说：“光氧化还原催化已经成为药物开发和其他行业不可或缺的一部分。”