Ученые центра «Молекулярного дизайна и синтеза инновационных соединений для медицины» РУДН, совместно с коллегами из Ирана разработали новое соединение, которое позволяет в 28 раз эффективнее проводить органические реакции при комнатной температуре под воздействием видимого света.

Как известно, обычные способы производства фармпрепаратов, из органического сырья связаны с высокими давлениями и температурами. Вещества-фотокатализаторы способны ускорять органические реакции под воздействием света в нормальных условиях, без нагрева или повышения давления. Одним из перспективных фотокатализаторов считается диоксид титана. Однако его фотокаталитическая активность запускается только под действием ультрафиолета, то есть всего 5% солнечного излучения. Новый тип таких структур на основе диоксида титана обладает высокой фотокаталитической активностью.

Разработка черных нового вещества продолжалась более двух лет. В начале химики готовят нанокубы из гематита, затем покрывают их диоксидом титана. На третьем шаге из кубов вымывают «сердцевину» раствором соляной кислоты, так что остается только ультратонкая оболочка из диоксида титана. Затем происходит прокаливание при температуре 550 °С в атмосфере из водорода и аргона. После этого образцы и становятся черными полыми нанокубами.

Ученые проверили каталитическую активность нанокубов нескольких видов — цельных из диоксида титана, полых и черных полых BHC-TiO2, подвергавшихся прокаливанию — в эксперименте по синтезу бензимидазола. Производные этого вещества широко востребованы в фармацевтике. Часть образцов подвергалась воздействию света видимого спектра от обычной галогеновой лампы, часть — ультрафиолетовому излучению.

Частицы BHC-TiO2 показали высокую каталитическую активность под излучением обоих видов. Причем под действием видимого света было переработано 86% исходного вещества — в 28 раз больше, чем с применением цельных (не полых) нанокубов диоксида титана. Нанокубы работают как «нанореакторы»: отражают и рассеивают свет и легко поглощают органические вещества, так что внутри кубов создается среда для эффективных реакций. Важную роль играют также ионы Ti³+, образованные на поверхности нанокубов под воздействием прокаливания. Ученые РУДН предполагают, что они облегчают передачу электронов, благодаря чему вся структура воспринимает свет видимого спектра (а не только ультрафиолетовое излучение, как в случае с чистым диоксидом титана).