JACS:长激发态寿命Fe光敏剂分子用于可见光催化
纳米技术 纳米 2021-09-17

由于第二排、第三排过渡金属,包括Ru、Ir、Rh、Os等储量较少,因此发展高丰度金属相关的光敏剂非常重要,目前一系列Cu、Mo、Ni、W、Zr、Cr、Co、Fe等金属相关的光敏剂得以发展,表现了具有替代贵金属光敏剂的前景。

其中Fe相关的光敏剂受到最广泛的关注,因为Fe元素丰度较广、毒性或环境危害较低等优点。Fe光敏剂分子面临着激发态寿命较低的缺点,因此目前报道中难以用于光催化。

有鉴于此,北卡罗来纳大学教堂山分校Gerald J. Meyer,布鲁克海文国家实验室Renato N. Sampaio,鲁汶天主教大学Benjamin Elias、Ludovic Troian-Gautier等报道通过绿色光照在Fe(III)光敏剂与有机电子供体之间实现高效率电子转移。本文中使用的光敏剂是之前工作中报道的光敏剂[Fe(phtmeimb)2]+,其中phtmeimb={苯基[三(3-甲基咪唑啉-2-亚基)]硼酸盐。

这种光敏剂分子[Fe(phtmeimb)2]+具有长寿命LMCT激发态荧光,在光催化脱卤素反应中展示了超过90 %的产率,同时催化剂的稳定性与[Ru(bpy)3]2+类似

本文要点:

(1)

催化反应的开始是通过有机胺与光激发状态的铁光敏剂分子之间电子转移过程实现,表征发现该电子转移过程产率较高。在LMCT激发态进行的还原型电子转移过程具有矢量方向性,这种特征可能具有普适性。

(2)

通过时间分辨光谱学表征技术,比如紫外光到红外光区间的瞬态光吸收,实现了对催化反应机理过程进行定量描述,包括其中的催化反应速率常数和催化反应产率。

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参考文献

Akin Aydogan, Rachel E. Bangle, Alejandro Cadranel, Michael D. Turlington, Daniel T. Conroy, Emilie Cauët, Michael L. Singleton, Gerald J. Meyer*, Renato N. Sampaio*, Benjamin Elias*, and Ludovic Troian-Gautier*, Accessing Photoredox Transformations with an Iron(III) Photosensitizer and Green Light, J. Am. Chem. Soc. 2021

DOI: 10.1021/jacs.1c06081

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c06081


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