Необычное свойство фотокатализаторов обнаружили исследователи из Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН. Эксперименты с фенотиазином показали, что под действием света он превращается в «коктейль» из разнообразных компонентов с повышенной каталитической активностью. Открытие поможет создавать более универсальные и энергоэффективные фотокаталитические системы. Достижение вошло в число выдающихся работ российских ученых за 2025 г., представленных на общем собрании членов РАН в мае 2026 г.
Фотокатализаторы — соединения, инициирующие или ускоряющие химические реакции под действием света: чаще всего в ближнем ультрафиолетовом или видимом диапазоне (редко — в ближнем инфракрасном). Предполагалось, что во время реакции молекулы фотокатализатора не меняют структуру и только участвуют в переносе электронов. Но новые наблюдения показали, что этот процесс гораздо сложнее — по крайней мере, для некоторых веществ.
Работу провели исследователи из лаборатории металлокомплексных и наноразмерных катализаторов ИОХ РАН при участии старшего научного сотрудника Юлии Владимировны Бурыкиной, аспиранта Яны Игоревны Суржиковой и их коллег. Об исследовании корреспонденту «Научной России» рассказал один из его авторов, заведующий лабораторией академик Валентин Павлович Анаников.
«Классические фотокаталитические реакции основаны на использовании специальных веществ, поглощающих излучение с определенной длиной волны. Ранее считалось, что каталитический центр (структура, непосредственно участвующая в катализе. — Примеч. корр.) практически полностью повторяет или очень похож на исходную молекулу, используемую в качестве предшественника фотокатализатора. Но мы обнаружили чрезвычайно интересное явление, заключающееся в том, что в процессе реакции фотокатализатор претерпевает димеризацию и тримеризацию, — объяснил В.П. Анаников. — Молекулы фотокатализатора переходят в возбужденное состояние, происходит генерирование свободных радикалов, и в результате две молекулы фотокатализатора реагируют между собой с образованием димера. Далее этот процесс продолжается до формирования тримеров и олигомеров (димер, тример, олигомер — молекулы-“цепочки” из двух, трех и более /до нескольких десятков/ “звеньев” соответственно. — Примеч. корр.)».
Заведующий лабораторией металлокомплексных и наноразмерных катализаторов ИОХ РАН академик Валентин Павлович Анаников.
Фото: Ольга Мерзлякова / «Научная Россия»
Открытие получило название концепции динамической реконфигурации под действием света (англ. ReAct-Light — Reconfigurable Active Species under Light). Благодаря повышенной каталитической активности «ингредиентов» образующийся «коктейль» позволяет доводить долю целевого вещества среди продуктов реакции до 99%. При этом активные частицы в его составе за счет особенностей структуры «включаются» светом в более широком диапазоне по сравнению с исходным веществом.
«Поскольку цепочка сопряжения внутри молекул возрастает, у активных частиц меняется длина волны поглощаемого света, — пояснил В.П. Анаников. — И фотокатализатор, изначально реагирующий на излучение в ультрафиолетовом диапазоне, начинает поглощать свет в зеленом и, что самое интересное, красном диапазонах спектра. Таким образом, катализатор реконфигурируется, меняется, “настраивается” на новую реакцию».
Важнейшее преимущество получаемого в таких реакциях «коктейля» катализаторов — универсальность.
«Исходный катализатор в виде одиночных молекул может катализировать только один процесс или один тип процесса. В то же время, когда из него формируются несколько (вплоть до десятков) различных каталитически активных компонентов, возникает “коктейль” из катализаторов, и подобная многокомпонентная система может успешно катализировать большое количество реакций, — отметил В.П. Анаников. — То есть “коктейли” катализаторов — это универсальные системы, в которых одно исходное вещество может обеспечить синтез большого количества других химически значимых систем. Достижение универсальности — одна из желаемых характеристик для любой каталитической системы».
Фотокатализатор под действием света.
Фото: Ольга Мерзлякова / «Научная Россия»
Пока ценная способность обнаружилась у трех разных фотокатализаторов. Умеют ли так превращаться другие каталитические системы? Исследователям еще предстоит ответить на этот вопрос.
«Первая система, на примере которой был обнаружен новый эффект, — катализатор на основе фенотиазина, который под действием ультрафиолетового света димеризуется и тримеризуется, переходя в другие формы. Затем этот эффект был обнаружен на двух других каталитических системах, — рассказал В.П. Анаников. — С фундаментальной точки зрения, генерация возбужденных состояний молекул и появление свободно-радикальных частиц — это ключевые моменты фотокатализа, характерные для всех фотокатализаторов. Мировое сообщество уже обратило внимание на наше открытие, и в будущем мы, безусловно, проведем исследование, которое поможет выяснить, насколько универсально это явление. Очень интересно понять, будет ли оно проявляться во всех каталитических системах или, по крайней мере, в существенной их части. Фундаментальные предпосылки для этого есть».
Новая концепция открывает возможности для получения более универсальных, при этом более энергоэффективных и доступных фотокатализаторов. Статья об исследовании была опубликована в журнале Journal of the American Chemical Society. В конце 2025 г. проект вошел в топ-10 отечественных научных открытий по версии Российского научного фонда.
«Первая стадия исследования — фундаментальное открытие. Работа была выполнена, концепция доказана. Мы успешно выделили и охарактеризовали димерные и тримерные формы катализатора, а также показали, как изменилась их каталитическая активность. Это открывает новые горизонты в получении органических молекул, различных приложениях тонкого органического синтеза, — заключил В.П. Анаников. — Сейчас мы находимся на практической стадии. Мы выясняем, как продлить время жизни фотокатализатора, уменьшить его количество и перевести разработку в экономически значимую область, где синтезы на основе фотокаталитических превращений будут представлять промышленный интерес. Мы ведем фундаментальные исследования и видим большие перспективы их практического приложения. Это интересный случай, когда научное открытие сразу находит отражение в проектах, востребованных на практике».
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
Источники
Комментарий В.П. Ананикова
Доклад президента РАН Г.Я. Красникова на общем собрании членов РАН 26 мая 2026 г.
Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН. Исследование ИОХ РАН вошло в число десяти ключевых научных достижений 2025 г. по версии РНФ
Фото на превью: Станислав Любаускас / предоставлено пресс-службой ИОХ РАН
Фото на странице: Станислав Любаускас / предоставлено пресс-службой ИОХ РАН, Ольга Мерзлякова / «Научная Россия».
