关键词:
共价有机框架
光催化
卟啉
有机合成
氧化还原
摘要:
近年来,半导体光催化诱导有机合成因其利用可再生的太阳能而引起了人们极大的关注。国内外研究者致力于开发各种半导体催化剂,包括氧化物、硫酸盐、金属有机骨架、石墨碳氮化物等。此外,从构建异质结、负载助催化剂、控制形貌、调节晶面和产生缺陷的角度出发,提出了许多优化半导体光催化材料结构和组成的策略,以实现光吸收、电荷转移和表面反应。共价有机框架(COFs)是一类晶态有机多孔骨架,由于它有可扩展的π共轭体系、规则的晶体结构、结构和孔的可设计性等优势,为提高光催化材料效率,进而理解催化反应机理提供了一些新的思路。因此,本论文主要通过构筑卟啉-蒽基COF,获得具有完全可见光吸收的电子给受体型结构,进而探究光催化活性和反应机理,与此同时还通过负载贵金属的方法,进行光催化性能的探究。本论文主要研究内容如下:(1)我们设计合成具有两个生色团的5,10,15,20-四(4-氨基苯基)卟啉(Por)和9,10-蒽二甲醛(Ad)的光敏COF(Por-Ad-COF),将其应用在光催化氧化苄胺为亚胺的反应中,结果表明在1小时可以实现100%转化,选择性为100%,经过8次循环依旧保持优异的催化活性和稳定性。通过实验和理论计算分析表明,在光照射下,光生电子能够从蒽单元转移到卟啉单元,随后与氧气发生反应,从而生成超氧自由基阴离子和单线态氧。此外,卟啉单元与苄胺分子之间的相互作用有助于电子从苄胺转移至Por-Ad-COF,从而导致氧化。Por-Ad-COF在光催化氧化胺转化为亚胺中显示出优异的无金属光催化活性,这主要归因于COF的供体-受体类型结构及其对反应物和中间体的亲和力,使其具有高效的电荷提取和转移性能。最后,提出了Por-Ad-COF光催化氧化胺转化为亚胺的催化机理。(2)在以上研究基础上,我们通过硼氢化钠还原法将Pt负载到Por-Ad-COF上,成功构筑了Pt@Por-Ad-COF光催化材料,Pt的纳米颗粒在Por-Ad-COF上分散均匀且粒径较小。在光催化还原硝基苯为苯胺的反应中,Pt@Por-Ad-COF显示出优异的催化活性,且循环利用4次仍能保持其催化活性和稳定性。根据实验结果,提出了该反应可能的光促进有机反应机理。