染料敏化二氧化钛构建可见光光催化选择氧化体系

Visible-light-induced photocatalytic organic transformations attract much attention in the current chemical research. However, most of the reported systems are based on molecular photocatalysts. It’s very challenging to conduct organic transformations with a heterogeneous photocatalyst. We attempt to use the surface of titanium dioxide as a photochemical platform to carry out the selective oxidation of important organic molecules like alcohols, amines and sulfides with molecular oxygen implemented by dye-sensitized titanium dioxide. To enhance the stability of the organic dyes and the selectivity of the oxidation product, we want to add a redox mediator to the system, leading to selective oxidation of organic compounds by visible-light photocatalysis. The precise tuning of various factors such as titanium dioxide, organic dyes and redox mediators could in principle achieve the control of selectivity and efficiency.

可见光光催化有机转化反应是目前化学研究中一个非常重要的课题，但是目前研究主要集中在分子光催化剂方面，利用多相光催化体系实现有效的有机转化反应更具有挑战性。我们以二氧化钛表面为光反应平台，将染料分子键合在其表面利用染料敏化二氧化钛的模式，利用分子氧为氧化剂，实现醇、胺和硫醚等重要有机小分子的选择氧化转化反应。为了在体系中保证染料分子的稳定性和氧化产物的选择性，我们的策略是在体系中加入氧化还原中介，从而可以实现可见光光催化的选择氧化反应。通过反应体系中二氧化钛、染料分子和氧化还原中介等因素的调整，实现选择性调控和反应效率的提高。

可见光光催化有机转化反应可以在温和条件下实现分子的转化，是目前化学研究中一个非常重要的课题，也是现在的研究热点。基于此，我们利用分子氧为氧化剂构建了多相光催化体系，有效地实现了具有挑战性的选择转化反应，包括醇、胺、硫醚和硫酚等重要有机小分子的选择氧化反应。我们主要采取了两种可见光光催化模式：1）研究了将茜素红等染料分子键合在二氧化钛等半导体氧化物表面形成染料-无机半导体的组装体；2）初步研究了利用卟啉等染料分子通过共价键连接的方式构建共价有机框架或金属有机框架等有机半导体。我们通过分子设计的策略，探索了染料分子结构与性能的关系。为了保证体系中染料分子的稳定性和氧化产物的选择性，我们加入氧化还原中介2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物 (TEMPO)，从而可以更加高效高选择性地实现可见光光催化的选择氧化反应。通过对反应体系中染料分子-半导体、共价有机框架和氧化还原中介等因素的调整，实现了选择性的调控和反应效率的提高。目前为止，项目执行期间发表SCI论文45篇，撰写英文专著1章，培养硕士毕业生3名，博士毕业生2名。