以太阳能为动力的未来是充满希望的未来。由于光合作用是将太阳能转化为自然界有用产品的基本核心,一段时间以来,科学家们一直在尝试以类似的方式利用太阳能,使用吸光合成剂。但是仅仅模仿光合作用并不是一条可行的途径,相反,科学家们从光合作用中起关键作用的活性成分以及涉及光收集和化学物质生产的两个主要阶段中获得了灵感。

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从这一思路出发,建立了人工光合作用领域,探索了将太阳能转化为化学能的多种途径。研究实验室已经实现了将太阳能转化为化学键内储存的化学能,在需要时释放,或用于制造增值化学品,但扩大这些方法以获得高效和具有成本效益的可持续替代品更具挑战性。

最初的兴趣集中在使用催化剂分解水,产生氢气作为燃料,氧气作为副产物。然而,这一概念存在与气态氢存储和需要昂贵的金属催化剂来进行反应相关的缺陷。其他太阳能燃料也引起了人们的兴趣,包括氨和双氧水。

上了本期的封面,并在文章Kim等人在可见光下只用水和氧作为试剂和木质素作为光催化剂来生产过氧化氢。过氧化氢是由氧的还原和水的氧化产生的,因此比由氧化半反应产生的低值氧更有效。此外,通过将过氧化氢的产生与酶结合,Kim等人描述了一种半人工光合作用过程,可以对映选择性地使碳氢化合物氧化。

如在新闻及观点根据韩森苏的文章,人工光合作用路线通常使用昂贵的催化剂或牺牲试剂。相比之下,在Kim等人的报告中,使用了造纸和纸浆工业的废物,否则这些废物将被燃烧或处理。木质素不仅供应充足,而且还充当光催化剂和羟自由基清除剂,后者的特性确保酶在整个反应过程中保持活性。

所讨论的酶-非特异性过加氧酶-导致苯乙烯的高度对映选择性环氧化,以及苯基和脂肪族底物的羟基化。利用太阳能和生物资源生产手性小分子是合成生物活性分子的一种有用和可持续的方法,在制药和农用化学品中具有潜在的应用价值。

除了太阳能,还应该探索利用来自不同工业环境的其他生物废物。木质素在结构上和化学上都很适合这种特殊的工艺,但其他基于生物的副产品可能会显示出同样的属性,从而使精细化工生产成为一种可持续的方法。此外,生成双氧水作为燃料的效率是显著的,两个半反应都产生产物。展望未来,工艺的可扩展性和反应所需的水的纯度是至关重要的考虑因素。

精细化学品的生产已经与石化工业联系在一起有一段时间了,但随着这个行业的变化,化学家们必须寻找其他资源来生产重要的起始原料。因此,使用可再生能源和生物副产品是实现这一目标所需的自然变化。