我院兰亚乾教授团队在《Nature Communications》上发表重要研究成果

华南师范大学化学学院/学术动态 2024-01-19 09:01:00 来源:华南师范大学化学学院 点击: 收藏本文

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近日,我院兰亚乾教授团队在光催化领域取得了重要研究进展,相关成果在《Nature Communications》上发表“Photocatalytic aerobic oxidation of C(sp3)-H bonds”。我校是该研究论文的第一完成单位,我院青年英才博士后张雷和李润寒为论文第一作者,兰亚乾教授和青年英才博士后李晓鑫为该论文通讯作者。该研究受到了国家重点研发项目和杰出青年基金项目的支持。

O2直接氧化碳氢化合物特别是C(sp3)-H化合物实现增值转化(合成药物、精细化工品等)具有非常广泛的应用。但在现代工业中,这类反应往往需要高温高压的苛刻条件,这不仅对设备要求高,能量损失大,而且存在许多安全问题为了有效地实现这一过程,开发常温常压下的光驱动催化系统具有重要意义。在理想的光催化体系中,C(sp3)-H键的氧氧化需要催化剂的光生电子和空穴分别完成O2C(sp3)-H键的活化,进而完成整个氧化反应。这意味着光催化剂应同时具有O2C(sp3)-H键活化的活性中心且两个活性位点之前距离合适,以促进光生电荷的分离和反应中间体的快速传质。近年来异质结由于可以快速分离光生电子和空穴而受到关注。然而,它们的活性组分接触面积有限,活性位点分布不均匀,不仅限制了光催化剂性能的进一步提高,也给在分子水平上研究明确的构效关系带来了困难。因此,设计和开发结构明确的异基元分子结光催化剂来实现温和条件下C(sp3)-H键的氧氧化反应具有重要的意义。

基于此兰亚乾教授团队设计并构建了基元分子结光催化剂(CeBTTD-ABN)。得益于分子结结构中异基元之间强烈的π-π相互作用,所构建的光催化剂CeBTTD-A可以在光照下进行快速的光生电荷迁移O2C(sp3)-H键活化,从而达到甲苯和乙苯衍生物效转化特别是在以空气为反应气氛下,CeBTTD-A为催化剂时可以完成无溶剂的10克级乙苯氧化反应861 mmol g cat−1,表现出比目前报道的其他光驱动或热驱动催化体系更好的性能。C(sp3)-H键氧化反应外,CeBTTD-A还可应用于其他三种需氧反应(苯甲醇氧化、苄胺氧化偶联和苯甲硫醚的氧化反应),同样表现出优异的反应活性。更重要的是所有这些需氧反应都可以在自然光和空气下完成,揭示了其商业化应用前景。异基元分子结光催化剂的提出将为开发下一代环境友好、原子经济的光催化剂提供灵感。


论文连接:https://www.nature.com/articles/S41467-024-44833-Y


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