付宏刚等Adv Mater：单原子Fe/氮化碳选择性乙苯氧化

纳米技术

2022-05-12

C-H化学键的选择性氧化反应是有机化学合成领域中最重要的反应。但是，目前通过光催化剂生成超氧阴离子O₂^·-进行选择性乙苯α-C-H键活化仍具有非常大的困难。

有鉴于此，黑龙江大学付宏刚、蒋保江、中国科学技术大学张群等报道在含有单原子Fe位点的聚合氮化碳催化剂能够活化O₂生成O₂·-，将乙苯氧化生成苯乙酮。

本文要点：

(1)

通过DFT计算、材料表征，发现单原子Fe与四个N原子配位，生成低自旋Fe-N₄结构（t_2g⁶e_g⁰），具有优异的O₂吸附活性、能够将CN中产生的电子转移到O₂分子中生成O₂^·-。

(2)

生成的O₂^·-通过氧化反应，能够将99 %的乙苯氧化为苯乙酮，这种反应过程与传统方法通过羟基自由基氧化生成苯乙醇的过程不同。这种光催化反应过程在温和条件进行，使用无穷无尽的太阳能，因此相比于其他C-H催化反应相比，具有显著优势。

参考文献

Xudong Xiao, Zhoushilin Ruan, Qi Li, Liping Zhang, Huiyuan Meng, Qun Zhang, Hongliang Bao, Baojiang Jiang, Jing Zhou, Chuanyu Guo, Xiaolei Wang, Honggang Fu, A Unique Fe–N₄ Coordination System Enabling Transformation of Oxygen into Superoxide for Photocatalytic C–H Activation with High Efficiency and Selectivity, Adv. Mater. 2022,

DOI: 10.1002/adma.202200612

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202200612