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论文信息
研究背景
光催化技术利用太阳能驱动化学反应,在绿色合成高附加值化学品领域潜力巨大。发色团(如卟啉、香豆素、蒽醌等)因其优异的光吸收和活性氧生成能力备受关注。然而,均相光催化体系存在催化剂回收困难、稳定性差等问题;主流异相催化体系(如MOFs/COFs)虽能部分解决回收问题,但制备过程复杂且易引发发色团聚集失活。因此,开发一种简单、高效且可循环的异相光催化剂体系成为关键挑战。
文章概述
近日,中山大学化学工程与技术学院欧阳钢锋教授、邢政副教授领导的科研团队提出了一种将发色团锚定到磁性支架上以实现易于回收的异相光催化系统的通用方法。通过生物素化修饰发色团分子,并利用生物素与链霉亲和素的超高亲和力,将发色团固定在磁珠表面,构建易于磁分离、回收的异相光催化体系。以5,10,15,20-四(4-氨基苯基)卟啉(TAPP)为例,其生物素化后通过超分子作用负载于链霉亲和素商业磁珠形成异相光催化材料TBSMB,其在苄胺类及硫醚类的氧化反应中表现出卓越的光催化性能(39种底物、最高转化率达99%)。此外,TBSMB在10次循环中保持优异的催化活性(87%-93%),磁分离催化剂回收率高达99.9%,且在宽pH范围和多种溶剂体系中均保持良好稳定性。
图文导读
图1. 现有构建由发色团组成的异相光催化体系的策略与本工作(以 TAPP 为例)之间的比较。
图 2. (a)AMC、AP、AAQ 和 TAPP 的化学结构;(b)AMC、(c)AP、(d)AAQ 和(e)TAPP 在生物素化前后的荧光光谱;(f)四种发色团及其相应二元体在吸收峰处的摩尔消光系数比较;(g)四种发色团及其相应二元体的荧光寿命比较。
图 3. (a)商用链酶亲和素磁珠和(b)(c)所制备的 TMSMB 的扫描电子显微镜(SEM)图像;(d)Fe、(e)O、(f)C、(g)N 和(h)S 对应于(c)区域的能谱(EDS)元素图。
图 4. TMSMB应用于苄胺及衍生物氧化偶联(a)及硫醚及衍生物氧化(b)的光催化性能。
图5.(a)苄胺的氧化偶联和(b)硫代苯甲醚氧化在不同条件下(光照、气氛、猝灭剂等)用基于TBSMB光催化产率。(c)DMPO和(d)TEMP存在下,TAPP-生物素二元体的EPR光谱,以及添加苄胺或硫代苯甲醚后的相应变化。
图6. (a) 催化剂材料磁分离与回收示意图;连续10次测试循环下的(b) 荧光光谱和(c)荧光寿命及(d) N-亚苄基苄胺和甲基苯亚砜的产率变化。
结论
该工作通过生物素-链霉亲和素超分子作用,成功开发了一种高效、易回收的异相光催化平台。其制备简单、普适性强,解决了传统体系稳定性差、回收难等瓶颈问题,为药物合成、农业化学品生产等领域的绿色工艺提供了新思路。未来可拓展至更多发色团类型及反应体系,并推动光催化技术的实际应用。
期刊简介
Advanced Science 是Wiley旗下创刊于2014年的优质开源期刊,发表材料科学、物理化学、生物医药、工程等各领域的创新成果与前沿进展。期刊为致力于最大程度地向公众传播科研成果,所有文章均可免费获取。被Medline收录,PubMed可查。最新影响因子为17.521,中科院2021年SCI期刊分区材料科学大类Q1区、工程技术大类Q1区。
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