近年來,可見光驅(qū)動的有機物選擇性氧化憑借其反應(yīng)條件溫和、綠色環(huán)保、原子經(jīng)濟性和目標產(chǎn)物選擇性高等優(yōu)點,已引起研究者的高度關(guān)注。相比均相光催化劑比如有機染料和金屬絡(luò)合物,多相光催化劑具有產(chǎn)物易分離、催化劑可重復(fù)使用、成本低等優(yōu)勢。共軛微孔聚合物(CMPs)作為一類新興的有機多孔材料,憑借高度p共軛框架、永久孔隙、高比表面積、高化學穩(wěn)定性、寬可見光響應(yīng)和可調(diào)的能帶結(jié)構(gòu),已被作為多相光催化劑廣泛應(yīng)用于光催化產(chǎn)氫、污染物降解、CO2還原和光氧化還原反應(yīng)等。目前,多數(shù)的共軛微孔聚合物光催化劑需要在高能量且昂貴的人工光源(比如氙燈和LED燈)照射下進行光催化氧化反應(yīng),這無疑大幅度地增加成本。自然太陽光作為一種取之不盡能源,如果能加以充分利用,有助于光催化氧化在未來大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用。
最近,廣東省科學院工業(yè)分析檢測中心蔣軍博士和合作者中山大學紀紅兵教授報道了一種通過三氯化鐵(FeCl3)催化氧化聚合而成的咔唑卟啉基共軛微孔聚合物(TCPP-CMP)光催化劑,其展現(xiàn)出優(yōu)秀的物理化學特性,包括高比表面積(544 m2 g-1)、豐富的微孔結(jié)構(gòu)、寬可見光響應(yīng)(200–1200 nm)以及更負的導(dǎo)帶電位(-0.85 vs Ag/AgCl),在無金屬多相光催化選擇性氧化反應(yīng)包括芐胺氧化偶聯(lián),仲胺氧化脫氫以及硫醚氧化中展現(xiàn)出優(yōu)秀的光催化活性,底物轉(zhuǎn)化率為97%~99%,目標產(chǎn)物選擇性為74%~99%,催化劑可重復(fù)使用至少四次,展現(xiàn)出優(yōu)秀的光催化活性、化學穩(wěn)定性和可重復(fù)使用性。特別是,在自然太陽光照射下,TCPP-CMP能催化芐胺和甲基苯基硫醚選擇性氧化,分別得到87%收率的亞胺和97%收率的亞砜,催化效果與同樣條件下白光LED照射的催化性能相當。此外,通過電子順磁共振波譜(ESR)和抑制實驗等機理研究,揭示TCPP-CMP有助于活性氧物種超氧自由基(O2·-)和單線態(tài)氧(1O2)的生成。該工作為有機物光催化選擇性氧化未來的工業(yè)應(yīng)用提供理論和實踐基礎(chǔ)。
相關(guān)結(jié)果發(fā)表在催化領(lǐng)域期刊ChemCatChem上,該研究工作得到廣東省科學院專項資金的支持。文章作者為Jun Jiang (第一作者), Zhongxiu Liang, Xiaoyan Xiong, Xiantai Zhou* and Hongbing Ji*,文章鏈接為https://doi.org/10.1002/cctc.202000199
咔唑卟啉基共軛微孔聚合物(TCPP-CMP)結(jié)構(gòu)圖及光催化應(yīng)用
?。ㄊ】茖W院工業(yè)分析檢測中心化學測試部 蔣軍/供稿)