Energieeffizienz von photochemischen Reaktionen verzehnfacht

Forschende der Universität Basel haben einen Weg zur effizienteren Produktion von Medikamenten und Kunststoffen gefunden. In einer neuen Studie zeigen sie, wie sich die Energieeffizienz von sogenannten photochemischen Reaktionen um das Zehnfache steigern liesse. Nachhaltigere und kostengünstigere Anwendungen würden damit in greifbare Nähe rücken, teilte die Universität Basel am Montag mit.

Chemische Reaktionen brauchen in der Regel Energie aus Wärme, um zu starten. Photoreaktionen nehmen ihre Energie statt aus Hitze aus Licht. Wie die Basler Forschenden um Oliver Wenger nun herausgefunden haben, kann über die Wahl des Farbstoffs die Energieeffizienz von solchen photochemischen Reaktionen gesteigert werden. Dieses Prinzip stellten sie am Montag im Fachblatt «Nature Chemistry» vor.

Licht führt bei Photochemischen Reaktionen dazu, dass Moleküle, die in einem Lösungsmittel schwimmen, Elektronen austauschen und zu sogenannten Radikalen werden. Diese Radikale bleiben paarweise im Lösungsmittel «eingesperrt». Um mit anderen Molekülen zu reagieren, müssen sie erst aus diesem Käfig ausbrechen.

Die Forschenden haben festgestellt, dass dieses Ausbrechen der Radikale aus dem Lösungsmittelkäfig ein entscheidender Schritt ist, der die Effizienz und Geschwindigkeit dieser Reaktionen begrenzt. Denn wenn die Radikale im Käfig bleiben, können sie unerwünscht zu den Ausgangsstoffen zurückreagieren, was Energie verschwendet. Diese Rückreaktion konnten die Forschenden durch die Verwendung eines Farbstoffs verlangsamen.

Dafür probierten sie zwei verschiedene Farbstoffe aus. Diese nehmen Licht auf und speichern dessen Energie für eine kurze Zeit, bevor sie es zur Bildung von Radikalpaaren verwenden. Ein Farbstoff konnte deutlich mehr Energie speichern und auf die Radikale übertragen als der andere. Dadurch konnten die Radikale den Lösungsmittelkäfig bis zu zehnmal effizienter verlassen.