ФОТОКАТАЛИЗ И ФОТОСЕНСИБИЛИЗАЦИЯ

Специфической особенностью фотокаталити­ческих процессов по сравнению с обычным "темновым" катализом является, с одной стороны, чув­ствительность химической системы к действию света и, с другой - возможность осуществления ка­талитических реакций превращения субстрата в продукт с положительным изменением свободной энергии системы AG > 0. В связи с этим при разра­ботке искусственных фотокаталитических систем разложения воды солнечным светом используют явления фотосенсибилизации и фотокатализа. Фо­тосенсибилизация - это изменение спектральной области чувствительности химических соединений, происходящее вследствие процессов переноса энергии или электрона от веществ, называемых сенсибилизаторами, которые поглощают свет дру­гой спектральной области (обычно более длинно­волновой). Фотокатализ - это явление индуцирова­ния химических превращений при действии света -на системы, содержащие химические соединения -участники реакции и вещества, называемые фото­катализаторами, которые индуцируют при погло­щении света химические превращения участников реакции, многократно вступая с ними в химические взаимодействия и регенерируя свой состав после каждого цикла промежуточных взаимодействий.

Следует отметить, что в чистом виде явление как фотокатализа, так и фотосенсибилизации встреча­ется редко. В большинстве фотокаталитических процессов одни и те же вещества выполняют функ­цию и фотосенсибилизатора и фотокатализатора. Так, например, в фотокаталитическом процессе при­родного растительного фотосинтеза, приводящего в общем виде к восстановлению углекислого газа до органических соединений и окислению воды:

хлорофилл (ХЛ) выступает и фотосенсибилизато­ром и фотокатализатором. Более 90% хлорофилла растительной клетки входит в состав хлорофилл-белковых комплексов, выполняющих функцию фо­тосенсибилизатора (S) и обеспечивающих эффек­тивное поглощение солнечного излучения в резуль­тате их электронного возбуждения (S—»-S*). Такие комплексы играют роль своеобразной антенны для улавливания солнечного света, характеризующегося относительно низкой плотностью потока энергии на единицу поверхности (средняя интенсивность падающего на поверхность Земли света в южных районах России составляет -2,2 • 10^-2 ккал/(см² • с)). Энергия электронного возбуждения антенных комплексов с эффективностью, близкой к 100%, передается димеру Р хлорофилла (S* + Р—Р*), входящему в состав реакционного центра и выполняющему функцию фотокатализатора суммарного процесса переноса электронов от воды к никотина-мидадениндинуклеотид фосфату (NADP+):

()

Восстановленная форма NADPH участвует в дальнейших темновых биохимических реакциях, приводящих к образованию органических соединений из углекислого газа.

Дата добавления: 2015-06-30; просмотров: 210; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!