中国石油大学吴文婷&吴明铂Angew.:磺胺修饰的共轭有机聚合物活化氧气用于光催化甲烷转化!

2022-05-16 12:05:42 北京 崛步化学
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通讯作者:吴文婷;吴明铂

通讯单位:中国石油大学(华东)

在温和条件下用O2氧化CH4成液态产物目前仍主要依靠金属催化。此外,研究发现,与三重态3O2相比,单重态氧(1O2)具有更强的亲电性,有利于H2O2的生成。含有噻吩单元的分子三重态敏化剂能有效地通过能量转移将3O2敏化为1O2。

受此启发,中国石油大学(华东)吴文婷教授和吴明铂教授制备了一系列磺胺修饰的共轭有机聚合物, 发现具有适当S(VI)含量(0.10)的催化剂可以在室温下直接有效地驱动O2→H2O2→•OH将CH4氧化为CH3OH和HCOOH。

图1. 结构表征。

相关工作以“Sulfone-Decorated Conjugated Organic Polymers Activate Oxygen for Photocatalytic Methane Conversion”为题发表在 Angewandte Chemie International Edition 上。

图2. 光物理和光电性质的研究。

要点1.在一系列具有噻吩结构的共轭有机聚合物,作者发现具有适当S(VI)含量(0.10)的催化剂(S-CTTP-0.10)光催化氧化CH4的性能最好。

要点2.机理研究表明,在噻吩部分氧化为砜后,首次发现光照可以诱导催化剂上砜基团中的S=O键解离生成•O和•S自由基。它们不仅能在酸性环境中将周围的1O2还原为H2O2,还能及时将H2O2分解为•OH(1O2→H2O2→•OH),将吸附的CH4氧化,最终实现CH4选择性地转化为CH3OH和HCOOH。

要点3.实验结果表明,反应4 h后,H2O2分解率为81.21%,H2O2残留量为4.83 mmol gcat-1, CH4转化率为22.81%。

本研究不仅为O2的活化利用提供了一种新的途径,也为低产率的光催化H2O2的产生找到了一条可行的出路。

图3.S-CTTP-0.10驱动的光催化甲烷转化。

图4. S-CTTP-0.10上砜基团的研究。

图5. S-CTTP-0.10光催化甲烷转化过程。

链接:

https://doi.org/10.1002/anie.202204661

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