Phản ứng quang hóa là phản ứng hóa học dưới tác dụng của ánh sáng, hay nói một cách khác, ánh sáng là nhân tố để phản ứng hóa học xảy ra. Trong phản ứng quang hóa, sự hấp thu tia tử ngoại (UV), ánh sáng khả kiến (Visible) hoặc bức xạ hồng ngoại (Infrared) của một hợp chất hóa học làm cho nó dễ tham gia phản ứng hơn, nghĩa là quá trình hoạt hóa chất nền bằng năng lượng ánh sáng mà không cần thêm tác chất khác làm giảm sự tạo thành các sản phẩm phụ không mong muốn. Ngoài ra một số phản ứng quang hóa có thể thực hiện được dưới ánh sáng Mặt trời - nguồn năng lượng tái tạo. Vì vậy phản ứng quang hóa được sự quan tâm rất lớn của các nhà khoa học trong bối cảnh ngành hóa học phát triển theo hướng bền vững của “Hóa học xanh”.

Trong tự nhiên, phản ứng quang hóa được biết đến với tên gọi là “quá trình quang hợp” (Photosynthesis), xảy ra ở hầu hết các dạng sinh vật sống trên Trái đất bao gồm cây xanh, tảo và một số ít loài vi khuẩn. Quang hợp giúp duy trì nồng độ oxy trong không khí và cung cấp tất cả các hợp chất hữu cơ và hầu hết các năng lượng cần thiết cho sự sống trên Trái đất. Ở các sinh vật, quá trình quang hợp diễn ra với sự tham gia của nước (H2O) để chuyển hóa cacbon đioxít (CO2) thành cacbohidrat [(CH2O)6], đồng thời giải phóng khí O2. Phản ứng tổng thể của quá trình quang hợp có thể được biểu diễn như sau:

6CO2 + 6H2O + hv -> (CH2O)6 + 6O2.

Ở cây xanh, quá trình quang hợp xảy ra chủ yếu ở tế bào lá trong bào quan gọi là lục lạp, dài khoảng 5-10 μm. Số lượng lục lạp trên mỗi tế bào lá thay đổi tùy thuộc vào loại tế bào, loài và điều kiện sinh trưởng. Trong đời sống hàng ngày, phản ứng quang hóa được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực hóa học tổng hợp vô cơ lẫn hữu cơ, đặc biệt là trong lĩnh vực môi trường, có thể kể đến như phản ứng quang hóa xúc tác phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ, xử lý ô nhiễm nguồn nước, ứng dụng chế tạo sơn tự làm sạch, ứng dụng trong pin Mặt trời, phản ứng quang Fenton hóa. Ngoài những ứng dụng có ích thì hiện tượng “Sương mù quang hóa” (photochemical smog) là một hiện tượng ô nhiễm không khí do con người gây ra. Đây là phản ứng của các chất khí oxit nitơ (NOx), các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi thải ra chủ yếu từ khí thải giao thông dưới tác dụng của ánh nắng Mặt trời tạo ra hỗn hợp các chất khí như ozon, các loại andehyt, axit nitric rất nguy hại cho sức khỏe con người và môi trường sống. Hiện tượng này xảy ra nhiều nhất ở các khu vực đô thị có số lượng phương tiện giao thông lớn, tạo ra khói mù màu nâu trên các thành phố khiến tầm nhìn bị giảm đi.

Ở cấp độ quản lý, các giải pháp nhằm khắc phục hiện tượng sương mù quang hóa: đẩy mạnh công tác tuyên truyền, giáo dục nâng cao nhận thức, trách nhiệm bảo vệ môi trường không khí và ý thức chấp hành pháp luật về bảo vệ môi trường không khí; tăng cường vận tải hành khách công cộng,… Đối với mỗi cá nhân, nên hạn chế đi ra ngoài khi đang có hiện tượng sương mù quang hóa (đặc biệt là trẻ em, người lớn tuổi, phụ nữ mang thai), nếu có nhu cầu ra ngoài cần đeo khẩu trang, kính che toàn bộ mắt khi tiếp xúc trực tiếp với sương mù ô nhiễm; khi tham gia giao thông người sử dụng phương tiện nên hạn chế tốc độ, giữ khoảng cách an toàn, bật đèn sương mù; tăng cường vệ sinh nhà cửa, trồng cây xanh và làm thông thoáng môi trường sống.

Tài liệu tham khảo

1. Hoffmann N., Photochemical Reactions as Key Steps in Organic Synthesis. Chem. Rev., 108: 1052-1103, 2008.
2. Ollis D. F., Turchi C., Environmental Progress, John Wiley & Sons Ltd., 1990.
3. Wols B. A., Hofman-Caris C. H., Review of photochemical reaction constants of organic micropollutants required for UV advanced oxidation processes in water. Water Res., 46: 2815-2827, 2012.