文献速递 | 周贤太&纪红兵 Applied Catalysis B: Environmental 光催化苄胺氧化偶联

第一作者：邹稳通讯作者：周贤太 纪红兵DOI:10.1016/j.apcatb.2020.119863

本文亮点
本文构建了一种可见光响应的锌卟啉微孔共轭有机聚合物/石墨相氮化碳异质结光催化剂（ZnP/CN），在可见光照射下该催化剂能够有效氧化偶联苄胺得到N-苄烯丁胺。通过引入锌卟啉微孔共轭有机聚合物，可以增强可见光吸收及促进光生电子转移。在温和条件下，ZnP/CN的TOF达到330 mmol·g^-1·h^-1，为纯g-C₃N₄的25倍，ZnP-CMP的2倍。ZnP/CN同时展现了较好的底物拓展性，稳定性。通过XPS,KPFM阐明ZnP/CN中电子传输问题，且通过EPR,in-situ FTIR捕获反应中活性物种提出苄胺氧化偶联反应机理。本研究为设计构建更加高效氧化苄胺光催化剂提供了方向。

 前 言 

2020年12月，Applied Catalysis B: Environmental杂志在线发表了中山大学纪红兵教授与周贤太副教授团队在光催化苄胺氧化偶联领域的最新研究成果。该工作报道了一种增强可见光吸收及促进电子转移的锌卟啉聚合物/氮化碳异质结用于高效光催化苄胺氧化偶联。论文第一作者为：邹稳，论文共同通讯作者为：周贤太副教授&纪红兵教授。

 背 景 

设计可见光响应半导体高效利用太阳能能够缓解能源与环境问题，氮化碳所具备的独特优点而备受关注，如：合适的价带、优异的热/化学稳定性、易合成。然而氮化碳可见光利用效率低且光生载流子易复合严重阻碍了氮化碳的实际应用。通过剥离成纳米片、染料敏化，构建表面缺陷等都可以有效缓解上述缺点。但通过构建异质结结构可以在增强氮化碳可见光利用效率及光生电子-空穴分离效率的同时，引入其它催化剂的优点并引起协同效应。卟啉作为良好的仿生催化剂，能够有效利用可见光，并具备可调控性。因此引入卟啉增强氮化碳的可见光吸收，促进电子转移。

 图 表 解 析 

图一所示。通过XRD，红外，XPS对所合成催化剂组成及结构进行表征。通过氮气吸附-脱附曲线得到样品比表面及孔径分布。通过SEM, TEM, HADDM, EDS mapping表征复合催化剂的形貌及元素分布。

图二所示，通过UV-vis-NIR DRS, 稳态荧光光谱，瞬态荧光光谱，EIS，光电化学响应测定样品光化学，电化学性能。

图三所示,ZnP/CN的TOF值为330 mmol·g^-1·h^-1，为g-C₃N₄的25倍，ZnP-CMP的2倍，且催化性能对底物有较好的拓展性及稳定性。

图四所示：在EPR捕获氧活性物种及原位红外，对照实验检测到苯甲醛中间产物的前提下，提出ZnP/CN催化苄胺氧化偶联的机理

 全 文 小 结 

本文构建了一种可见光响应的锌卟啉微孔共轭有机聚合物/石墨相氮化碳异质结光催化剂（ZnP/CN），在可见光照射下该催化剂能够有效氧化偶联苄胺得到N-苄烯丁胺。通过引入锌卟啉微孔共轭有机聚合物，可以增强可见光吸收及促进光生电子转移。在温和条件下，ZnP/CN的TOF达到330 mmol·g^-1·h^-1，为纯g-C₃N₄的25倍，ZnP-CMP的2倍。ZnP/CN同时展现了较好的底物拓展性，稳定性。通过XPS,KPF阐明ZnP/CN中电子传输问题，且通过EPR,in-situ FTIR捕获反应中活性物种提出苄胺氧化偶联反应机理。本研究为设计构建更加高效氧化苄胺光催化剂提供了方向。

 作 者 简 介 

周贤太中山大学副教授主要研究方向：
1. 绿色化学化工过程；2. 环境友好的催化过程；3. 功能性精细化学品。

主持国家自然科学基金、高校博士学科点科研基金、广东省自然科学基金、广东省科技计划等20多项课题。参与了国家自然科学基金重点项目、“973”计划前期研究专项等课题的研究。在AIChE J, Chem Eng J, Green Chem等国际期刊上发表SCI收录论文60多篇，参编英文专著2部，申请国家发明专利43件，授权25件。

纪红兵中山大学教授主要研究方向：1. 环境友好的催化过程(多/均相催化、仿生催化和环境催化)；2. 精细化工、天然精细化学品的分离与合成；3. 绿色化工过程；4. 化工园区管理。

工学博士，中山大学化学学院教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者，科技部中青年科技创新领军人才，教育部“长江学者”特聘教授，中山大学精细化工研究院院长、中山大学惠州研究院院长。课题组链接：精细化工研究院（http://finechem.sysu.edu.cn/）惠州研究院（http://www.sysu-hz.org/）

文献信息：W. Zou, X.-H. Liu, C. Xue, X.-T. Zhou, H.-Y. Yu, P. Fan, H.-B. Ji, Enhancement of the visible-light absorption and charge mobility in a zinc porphyrin polymer/g-C3N4 heterojunction for promoting the oxidative coupling of amines, Applied Catalysis B: Environmental, 285 (2020) 119863.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337320312807?via%3Dihub

本 文 使 用 仪 器 
PCX-50C多通道光化学反应系统是我司专利产品，应用于光催化分解水制氢/氧、光催化全分解水、光催化CO₂还原、光降解液体污染物（如染料、苯及苯系物等）、光催化量子效率测量、PEC光电化学、光致变色、光合成、光降解气体污染物等领域。高通量平行反应，1-9位平行反应实验。

推 荐 仪 器 

MCP-WS1000光化学工作站包括：样品前处理模块（PLA-MAC1005多路气氛控制器）、反应模块（PCX50C Discover多通道（恒温）光催化反应系统）、自动进取样模块（PLA-GPA1000自动进样器）、检测模块（PLD-CGA复合气体分析仪）。该工作站可以同时实现9位的催化剂性能筛选与反应条件优化工作，配合专用气体分析仪可以实现样品产物的快速高灵敏度检测，是您实验的又一关键利器与得力助手。

目前，MCP-WS1000光化学工作站已经在大连化物所、西安交通大学、西北大学等实验室开始实际运行。

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本文素材来源：中山大学纪红兵教授与周贤太副教授团队。