[2011年06月28日]

分子催化剂/半导体复合体系成功用于光催化产氢及转移加氢反应

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人工模拟光合作用产氢及光驱动有机反应一直是科学家非常感兴趣的课题。在过去的研究中,光敏剂多采用分子光敏剂如联吡啶钌等。但此类光敏剂只能吸收特定波长的光且光稳定性差,严重限制了其发展。因此,我们考虑能否用半导体来替代传统的分子光敏剂,因为半导体的吸光范围宽且连续,如果能够成功将半导体光敏剂与分子催化剂结合进行光催化产氢或光驱动有机合成,将大大提高人工模拟光和作用体系的光利用率及光稳定性。

 

半导体CdSRu complex光敏剂紫外-可见吸收对比示意图

 

最近,我组成功地组装了一种分子催化剂/半导体复合体系,在该体系中我们选用CoIII配合物(功能性模拟氢化酶)为产氢催化剂,以半导体CdS为光敏剂,在可见光下成功实现了高效产氢,基于CoIII(dmgH)2pyClTurnover NumberTON)高达171,且稳定性明显优于均相体系。结果表明,通过CoIII分子催化剂与CdS的弱吸附作用,激发态电子可以高效地从CdS导带传到CoIII分子催化剂,并在分子催化剂上完成产氢。在相同条件下,CoIII complex/CdS复合体系光催化活性甚至优于Pt/CdS光催化剂。本工作证明,以半导体代替传统分子光敏剂,以模拟氢化酶等分子催化剂代替PtRu等传统贵金属助催化剂是可行的,为开发廉价、稳定、高效光催化剂提供了一条新的思路。相关研究发表在J. Catal. (2011, DOI:10.1016/j.jcat.2011.05.015, Fuyu Wen, Jinhui Yang, Xu Zong, Baojun Ma, Donge Wang, Can Li*)上。

    在光驱动有机合成方面,我们利用半导体CdS作为可见光光敏剂,利用光激发的电子直接活化具有催化功能的金属铱配合物,金属配合物催化后续的催化反应。金属催化剂作为助催化剂,既能传递电子,同时又作为催化剂的活性中心。我们的研究表明这种铱配合物/CdS复合体系不但能够有效地产氢 (TOF > 30 h-1, TON > 140),而且可高效地还原羰基和C=C键,反应给出专一的选择性及高的反应活性 (TOF = 100 h-1, TON > 500)。目前的研究策略可以应用到其他涉及电子得失的氧化还原反应中,甚至可以拓展到利用太阳能制备精细化学品。相关研究发表在Chem. Commun. (2011, 47, 7080-7082, Jun Li, Jinhui Yang, Fuyu Wen, Can Li*)上。

 

Article

Photocatalytic H2 production on hybrid catalyst system composed of inorganic semiconductor and cobaloximes catalysts

Fuyu Wen, Jinhui Yang, Xu Zong, Baojun Ma, Donge Wang, Can Li*

J. Catal., 2011, DOI:10.1016/j.jcat.2011.05.015

http://dx.doi.org/10.1016/j.jcat.2011.05.015

 

A visible-light-driven transfer hydrogenation on CdS nanoparticles combined with iridium complexes

Jun Li, Jinhui Yang, Fuyu Wen, Can Li*

Chem. Commun., 2011, 47, 7080-7082

http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2011/cc/c1cc11800e

 

 

 

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