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ACS Catal综述：共价聚合物有机光催化

纳米技术

2020-09-26

异相光催化有机转化反应是一种高效、原子经济、耗能较低的有机合成方法，共价聚合物基材料目前在大量光催化反应中由于其性能独特（比如结构可调控、可循环利用、稳定性较高、价格低廉等特点），其能够用于对传统无机光催化剂是个有效的补充和另外的可选项，目前人们对构建共价聚合物用于光催化有机转化（包括氧化、还原、偶联、环加成等）做出了较大的努力，有鉴于此，天津大学邹吉军、史成香等综述报道了共价聚合物材料用于异相有机转化光催化反应。

对共价聚合物中的分子、电子、孔道结构等对光催化反应过程中的光吸收、电荷分离、传质等进行总结。同时对共价有机聚合物在异相有机光化学转化反应中的前景、面临的挑战进行概括。本综述文章在对有机化学光催化转化进行总结的同时，对共价聚合物材料的应用前景进行总结。

本文要点：

（1）

作者需要开发一些能够用于构建共价聚合物光催化剂的基本结构单元，进而改善催化剂的选择性、活性、稳定性。光催化有机化学转化反应中通常由于形成高反应活性的活性氧物种，导致没有选择性的氧化反应副反应。反应选择性的改善能够通过对材料组成和结构中的能带结构进行精细控制，从而改善反应选择性，在光生电荷、空穴耦合体系中进行选择性氧化，能够改善光生电荷-空穴对的应用，降低对牺牲剂的需求。

（2）

提高催化反应位点的数量。单原子催化剂目前受到了广泛关注，因为其在催化反应中展现优异的性能，降低了对贵金属量的需求，改善了催化反应选择性。尽管其中存在以上优势，单原子位点界面能较高，移动驱向性更高且容易在催化、合成等过程中生长成簇合物，共价聚合物中的大量杂原子中的空轨道能够用于结合单金属，并且能够稳定单原子催化剂的稳定性，在共价聚合物中给出催化活性更高的活性位点。

（3）

此外，作者认为开发光催化异相反应的原位表征技术能够更好的理解其中的机理。通过微型反应器能够加速实验室到大规模合成的转化。此外，通过应用膜结构，能够将目标产物从光催化反应体系中分离。

（4）

通过理论计算，能够对催化反应机理和结构活性之间关系进行进一步研究，目前的研究中通常对活性物种捕获的方法研究反应机理，但是仍然没有得到深入的机理理解。反应物的吸附、产物的脱附和界面结构有非常强的相互关系，通过对光催化剂的界面进行设计，能够改善反应物、中间体、产物的吸附性能，并且目前许多研究从对光吸收、光生载流子分离角度进行研究。作者认为绿色、环境友好溶剂的开发和使用有着重要意义，对共价聚合物进行分子级别的修饰和改性进而增强材料的亲水性，能够进一步增强其应用前景。