中科院化學(xué)所在可見光光催化選擇性氧化方面取得新進展

 *光催化作為一種綠色的氧化方法，在有機污染物降解方面的應(yīng)用越來越受到重視。紫外光激發(fā)*產(chǎn)生的空穴及羥基自由基具有很強的氧化性，能夠?qū)⒋蟛糠钟袡C污染物氧化分解為二氧化碳、水等無機產(chǎn)物。然而，正因為這種無選擇性的強氧化能力，使得光催化選擇性氧化方面的研究一直進展緩慢。

    在國家自然科學(xué)基金委、*以及中科院的資助下，化學(xué)所光化學(xué)院重點實驗室的科研人員利用染料/TiO2可見光光催化反應(yīng)原理，有效避免了空穴和羥基自由基的產(chǎn)生，在常溫常壓下直接利用分子氧，高選擇性地將醇類化合物氧化為對應(yīng)的醛，成功地將可見光催化用于有機物的綠色選擇性氧化反應(yīng)。

    該課題組長期致力于將光催化反應(yīng)從紫外光區(qū)拓展到可見光區(qū)，從而實現(xiàn)在太陽光照射下光催化消除污染物的研究。染料/TiO2可見光光催化反應(yīng)是利用染料分子吸收可見光，激發(fā)態(tài)的染料分子向*導(dǎo)帶注入電子形成不穩(wěn)定的染料自由基，導(dǎo)帶電子和氧氣反應(yīng)生成超氧陰離子等活性物種，在活性氧物種和氧氣的共同作用下，染料自由基被氧化分解。通過對光催化機理的不斷深入研究，科研人員發(fā)現(xiàn)，在光催化反應(yīng)過程中，如果能夠抑制染料自由基和氧氣及活性氧物種的反應(yīng)，就可以使染料分子催化循環(huán)而不發(fā)生降解。選擇具有合適氧化還原電位的蒽醌類染料茜素紅（AR，一種便宜的商品化染料），構(gòu)建了染料/TiO2/TEMPO可見光光催化體系。在可見光照射下，茜素紅經(jīng)歷了光化學(xué)循環(huán)，并驅(qū)動有機催化劑TEMPO循環(huán)，而此循環(huán)可高選擇性地氧化有機溶劑中的醇類化合物為相應(yīng)的醛。該體系適用于芳香醇、脂肪醇、含α-β雙鍵的醇，含氮雜原子的醇等一級醇的選擇性氧化，選擇性高于99%，轉(zhuǎn)化數(shù)（TON）可高于600。通過順磁共振等研究，證明了染料自由基的生成，以及染料自由基和TEMPO的電子轉(zhuǎn)移過程。