应用于有机光催化反应的Ru/Ir-M异核金属配位聚合物的探索

Because of the ability to absorb light broadly and excellent redox nature, Ru/Ir based organometallic compounds act as important homogeneous photocatalysts, and are wildly used in photocatalysis of various organic transformations. However, the inability to recycle and reuse restrict the applications of these expensive photocatalysts. In recent years, an arisen solid-state materials, metal-organic coordination polymers, serve as an ideal platform to design new-type heterogeneous photocatalysts. In this project, we plan to use carboxylic groups containing Ru/Ir -organic complexes as building units, to assemble heterometal-organic coordination polymers with other metal ions, in order to construct heterogeneous photocatalytic materials. Through this way, the difficulties of recycle and reuse of precious organometallic photocatalysts might be overcome. Furthermore, we will change the conjugation of the organic ligands on the Ru/Ir-organic building units, in order to adjust the energy gap between the ground state and MLCT excited state. By using this method, we try to enhance the light absorption ability of the heterogeneous photocatalysts. Meanwhile, we will introduce electron-withdrawing or electron-donating substituent groups on the organic ligands of Ru/Ir-organic building units to control their redox abilities. By this mean, we hope to optimize the photocatalytic abilities of the heterogeneous photocatalysts. In summary, this project can provide some theoretical and experimental supports for designing novel heterogeneous photocatalysts with wild spectral response and outstanding photocatalytic performance.

Ru/Ir-金属有机化合物是一类重要的均相光催化材料，由于其光谱利用率高，氧化还原能力强，能光催化多种不同类型的具重要意义的有机反应，但是这类均相光催化剂在回收利用上的困难与对资源的浪费，限制了其应用。金属-有机配位聚合物的兴起为设计合成新型的异相光催化材料提供了理想的平台。本课题将Ru/Ir-金属有机化合物作为一类金属-有机构筑基元，与其他金属组装成异核金属有机配位聚合物，作为异相光催化材料，解决了贵金属催化剂难以回收再利用的缺点；通过改变有机配体的共轭程度，来调控Ru/Ir有机基元MLCT的能级差，进而实现增强Ru/Ir-M异相光催化剂光吸收能力的目的；通过在有机配体上引入具有吸/给电子能力的取代基，来调节Ru/Ir-有机基元的氧化还原能力，进而实现优化Ru/Ir-M异相光催化剂催化能力的目的；为设计合成具备宽光谱响应与优异的有机光催化性能的异相光催化材料提供理论基础和实验支撑。

Ru/Ir-金属有机化合物是一类重要的均相光催化材料，由于其光谱利用率高，氧化还原能力强，能光催化多种不同类型的具重要意义的有机反应，但是这类均相光催化剂在回收利用上的困难与对资源的浪费，限制了其应用。本项目Ru/Ir-金属有机化合物作为一类金属-有机构筑基元与其他金属离子组装成异核金属有机配位聚合物材料，并将其作为异相光催化材料应用于光催化有机反应中。该研究项目在执行期间，严格按照计划要求完成了申请书中制定的预期目标，并取得了预期的成果。我们首先通过Ru/Ir金属基元的羧基功能化，在其分子结构中引入配位基团，再与其他金属进行自组装，得到了一系列Ru/Ir-M异核金属有机配位聚合物晶相材料。通过对这类材料进行晶体结构表征，分析，系统研究了这类材料的结构组装规律。进一步对其进行了光学性能进行了表征，证实了Ru/Ir-M异核金属有机配位聚合物保留了Ru/Ir基元的宽光谱响应能力。最后我们进行了光催化性能的测试表征，筛选出了多个具有优异光催化活性，高稳定性的异相光催化材料，并就其光催化性能与晶体结构、材料形貌之间的联系进行了系统的研究，总结了微观结构与宏观性能的内在规律，为进一步优化Ru/Ir-M光催化材料的光催化性能提供了指导意义。