Science Advances:共价三嗪框架的选择性有氧氧化助力分子氧的无金属活化
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分子氧的活化是电催化、电解以及药物等多相催化应用中十分关键的一步。目前催化剂中常常和生物体系的催化酶相类似，以过渡金属作为活性催化位点来实现分子氧的活化。但是，基于Pt等贵金属的催化体系成本高昂、催化剂易中毒且难以提纯。开发新型的无金属氧活化催化剂逐渐成为科研人员关注的焦点。近日，比利时肯特大学的Pascal Van Der Voort利用共价三嗪框架成功地构建了不含金属的分子氧催化活化体系。
本文要点
1) 研究人员认为克服无金属分子氧活化体系并使氧活化处于可控状态的关键在于精准控制活性位点，而这可以通过降低材料的碳化程度来实现。因此，研究人员使用廉价易得的1,4-二氯苯作为前驱体通过自模板过程制备了富氮共价三嗪框架，接着通过在400℃在引入掺杂剂进行聚合实现了对材料结构的精确控制并使得异质原子掺杂均匀地分散在整个材料基体中。
2) 研究人员利用这个富氮材料作为催化剂对氧活化生成醛、酮和亚胺的过程进行了研究并揭示了氧活化过程的机理和氮异质原子的作用。电子顺磁共振和对照实验的结果表明共价三嗪框架能够有效地将分子氧活化为超氧化物。这说明自模板过程引入含氮官能团对于构建高效实用的无金属催化体系来说十分重要。研究人员还对不同的合成温度对掺杂剂含量和结构组分的影响进行了讨论。此外，共价三嗪框架材料的可重复利用能力也得到了验证，这解决了催化体系的长久存在的一大难题。
Sara Abednatanzi et al, Metal-free activation of molecular oxygen by covalent triazine frameworks for selective aerobic oxidation, Science Advances, 2020
DOI: 10.1126/sciadv.aaz2310
https://advances.sciencemag.org/content/6/14/eaaz2310