Nat Catal: α-Fe2O3作为一种多功能、高效的氧原子转移催化剂，用于光电化学合成精细有机化学品

雨辰

2021-08-10

光电化学技术已被广泛研究用于太阳能转换（例如，水分解）以及通过污染物降解进行环境修复。赤铁矿 (α-Fe₂O₃) 作为光电化学水氧化中的光阳极已被广泛研究，但产物 O₂ 的经济价值较低。因此，有必要探索在PEC系统中产生高附加值化学品的替代氧化反应。

有鉴于此，中科院化学所赵进才院士、陈春城研究员、章宇超等人，将α-Fe₂O₃扩展到高附加值化学品的生产，并报告了其在可见光照射下作为多功能且高效的氧原子转移催化剂的能力。

本文要点

1）开发了一种光电化学(PEC)策略，可在温和条件下于α-Fe₂O₃上进行氧原子转移 (OAT) 反应。其中，多种底物，包括硫醚、烯烃、Ph₃P和无机盐，都可以通过使用水作为唯一的氧原子源进行氧化。

2）以水为唯一氧源，多种有机化合物和无机阴离子被成功氧化为相应的单氧化产物，并且具有高选择性和高法拉第效率。光激发空穴在α-Fe₂O₃表面产生铁-氧物种(Fe^IV=O)。所提出的氧原子转移过程通过协调的双空穴转移途径进行，该途径涉及氧原子从Fe^IV=O表面转移到底物。

3）对于大多数底物来说，优异的氧化选择性和FE均可超过90.0%。基于EIS和DFT研究，表面捕获空穴被证实在OAT机制中发挥关键作用。

总之，该工作证明了α-Fe₂O₃是一种优异的全无机多相催化剂，可以驱动氧原子转移反应，该策略在合成精细和高附加值化学品方面具有巨大潜力。

参考文献：

Zhao, Y., Deng, C., Tang, D. et al. α-Fe₂O₃ as a versatile and efficient oxygen atom transfer catalyst in combination with H₂O as the oxygen source. Nat Catal (2021).

DOI: 10.1038/s41929-021-00659-1

https://doi.org/10.1038/s41929-021-00659-1