AFM: 配体中氮调控光催化硫醚氧化

文摘   2024-10-06 11:25   北京  

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Abstract

在原子水平上调节共价有机框架(COFs)结构以增强光催化氧化能力非常重要,但仍然具有挑战性。在此,作者以 2,4,6-三甲酰-氯葡萄糖醇(Tp)为模块分子,以 5,5′-二氨基-2,2′-联吡啶(Bpy)和 3、6-哒嗪二胺(Dz)连接体的原子级 N 位点取代 4,4′-二氨基联苯(BD)和 1,4-苯二胺(Pa),从而构建出具有可调光催化性能的 COF。机理研究发现,在以 N 位点为链接物的 COF 中,1O2 在 TpBpy-COF (-4.23 kcal mol-1)和 TpDz-COF (-4.63 kcal mol-1)孔壁上的吸附能高于在 TpBD-COF (-2.73 kcal mol-1)和 TpPa-COF (-2.17 kcal mol-1)上更高的吸附能,从而实现了 1O2 的活化和对硫醚氧化的高催化性能,转化率几乎大于 99%,优于大多数已报道的有机光催化剂。值得注意的是,TpBpy-COF 具有窄带隙、快速电荷分离和转移能力以及单端活化能力,因此在硫醚氧化(如芳香族硫醚、脂肪族硫化物和芥子气硫化物)方面表现出卓越的催化活性。这项研究为在原子水平上调节基于 COFs 的有机光催化剂的激子效应和光催化活性提供了一种新颖而有效的策略。

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Highlights

1. 通过在COFs的模块化连接线上引入含氮基团调节其光催化性能。合成了四种β-酮烯胺结构的COFs:TpBpy-COF、TpDz-COF、TpBD-COF和TpPa-COF。

2. TpBpy-COF表现出最优异的光催化活性和选择性,能够高效催化多种硫醚化合物的氧化反应。

3. 机理研究表明,TpBpy-COF能有效吸附和激活单线态氧,促进光生载流子的分离和迁移,从而大幅提高其光催化效率。

4. 引入原子级氮位点对COFs的光电性能和催化选择性产生了重要影响。

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results






Fig.1 (a) Schematic represented of the syntheses of Tp-based COFs with different pore size, termed as TpDz-COF, TpPa-COF, TpBpy-COF, and TpBD-COF. (b–e) Experimental, refined, and simulated PXRD patterns of TpBpy-COF, TpDz-COF, TpBD-COF, and TpPa-COF.






Fig.2 13C cross-polarization magic-angle-spinning (CP-MAS) solid-state NMR spectra of (a) TpBpy-COF, (b) TpDz-COF, (c) TpBD-COF, (d) TpPa-COF, (e) Wide-scan XPS spectra of COFs, (f) High-resolution N 1s XPS spectra of COFs, (g) High-resolution C 1s XPS spectra of COFs and (h) High-resolution O 1s XPS spectra of COFs.


Fig.3 (a) The SEM image of TpBpy-COF, (b-c) HR-TEM images of TpBpy-COF, (d) HAADF-STEM image of TpBpy-COF, and (e-g) The EDX mapping images for C (yellow), O (blue) and N (red).



Fig.4  (a) The UV–vis DRS, (b) the corresponding Tauc plot analysis, (c) Transient photocurrents of four COFs and (d) EIS of the four β-ketoenamine COFs.


Fig.5 HOMOs and LUMOs of the unit structures of the pores of (a) TpBpy-COF, (b) TpDz-COF, (c) TpBD-COF and (d) TpPa-COF and their fragments, NTOs pairs of lowest excited singlet state for the fragments of (e) TpBpy-COF, (f) TpDz-COF, (g) TpBD-COF and (h) TpPa-COF.


Fig.6 (a) Adsorption structure, Mulliken charge, and adsorption energy between O2 and unit structure of the pore of TpBpy-COF, (b) Spin trapping of 1O2 in the blue light-induced selective oxidation of sulfides over TpBpy-COF photocatalyst, (c) Proposed mechanism of photocatalytic thioanisole oxidation over TpBpy-COF.

03

Details

Linker Modulation of Covalent Organic Frameworks at Atomic Level for Enhanced and Selective Photocatalytic Oxidation of Thioether


原文链接:

https://doi.org/10.1002/adfm.202413943

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