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咔唑卟啉基共轭微孔聚合物的构建及在光催化选择性氧化的应用

来源: 时间:2020-11-10

  近年来,可见光驱动的有机物选择性氧化凭借其反应条件温和、绿色环保、原子经济性和目标产物选择性高等优点,已引起研究者的高度关注。相比均相光催化剂比如有机染料和金属络合物,多相光催化剂具有产物易分离、催化剂可重复使用、成本低等优势。共轭微孔聚合物(CMPs)作为一类新兴的有机多孔材料,凭借高度p共轭框架、永久孔隙、高比表面积、高化学稳定性、宽可见光响应和可调的能带结构,已被作为多相光催化剂广泛应用于光催化产氢、污染物降解、CO2还原和光氧化还原反应等。目前,多数的共轭微孔聚合物光催化剂需要在高能量且昂贵的人工光源(比如氙灯和LED灯)照射下进行光催化氧化反应,这无疑大幅度地增加成本。自然太阳光作为一种取之不尽能源,如果能加以充分利用,有助于光催化氧化在未来大规模工业生产中应用。 

  最近,广东省科学院工业分析检测中心蒋军博士和合作者中山大学纪红兵教授报道了一种通过三氯化铁(FeCl3)催化氧化聚合而成的咔唑卟啉基共轭微孔聚合物(TCPP-CMP)光催化剂,其展现出优秀的物理化学特性,包括高比表面积(544 m2 g-1)、丰富的微孔结构、宽可见光响应(200–1200 nm)以及更负的导带电位(-0.85 vs Ag/AgCl),在无金属多相光催化选择性氧化反应包括苄胺氧化偶联,仲胺氧化脱氢以及硫醚氧化中展现出优秀的光催化活性,底物转化率为97%~99%,目标产物选择性为74%~99%,催化剂可重复使用至少四次,展现出优秀的光催化活性、化学稳定性和可重复使用性。特别是,在自然太阳光照射下,TCPP-CMP能催化苄胺和甲基苯基硫醚选择性氧化,分别得到87%收率的亚胺和97%收率的亚砜,催化效果与同样条件下白光LED照射的催化性能相当。此外,通过电子顺磁共振波谱(ESR)和抑制实验等机理研究,揭示TCPP-CMP有助于活性氧物种超氧自由基(O2·-)和单线态氧(1O2)的生成。该工作为有机物光催化选择性氧化未来的工业应用提供理论和实践基础。 

  相关结果发表在催化领域期刊ChemCatChem上,该研究工作得到广东省科学院专项资金的支持。文章作者为Jun Jiang (第一作者), Zhongxiu Liang, Xiaoyan Xiong, Xiantai Zhou* and Hongbing Ji*,文章链接为https://doi.org/10.1002/cctc.202000199 

  

咔唑卟啉基共轭微孔聚合物(TCPP-CMP)结构图及光催化应用 

  (省科学院工业分析检测中心化学测试部 蒋军/供稿) 

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