构建新型电荷转移方式助力金属-有机框架材料(MOFs)可见光催化C-H键氧化

Turning on Visible-Light Photocatalytic C-H Oxidation over Metal-Organic Frameworks by Introducing Metal-to-Cluster Charge Transfer



以光这种清洁能源去驱动氧化还原反应,是一种面向未来的催化反应类型。其中,金属有机框架材料(MOFs),因其兼具均相与异相催化剂的优势而受到广泛关注。通常来讲,作为天线分子的有机配体受到光激发后,把电子转移到能够作为电子受体的金属节点上,实现电荷分离状态,这也是MOFs光催化的基础。据此,还原中心以及氧化中心很大程度上决定了氧化/还原反应发生的限度。作为氧化中心的配体,由于其有机物本性,难免发生自降解或者氧化能力不强的缺点,这也导致了其不适应于一些需要苛刻条件驱动的氧化反应,比如C-H键的催化氧化。基于这样的现状,我们独辟蹊径地在MOF中金属氧簇的节点上后修饰接入异质金属位点。引入的异质金属位点,在光激发后引发独特的从异质金属到金属簇节点的电荷转移路径(MCCT),氧化中心自配体转移至异质金属,取代本来的配体作为电子供体,使得MOFs本体的光吸收得以拓展至可见光。与此同时,MCCT在保证MOFs整体框架稳定的同时,能够保证一个强有力的氧化位点。这样的位点能够把水氧化为羟基自由基,实现C-H(甲苯)的活化氧化。该工作为光催化C-H键活化、MOF电荷跃迁方式、MOF光催化剂设计等提供了重要的借鉴与启发。



Effective C-H bond activation continues to challenge chemists. In this work, the authors added an iron(III) complex to a well-known MOF, and this simple modification turns on photocatalytic C-H activation by this material.



江海龙Hai-Long Jiang

中国科学技术大学

University of Science and Technology of China (USTC)

对创新的理解:
创新是未来的关键,而基础研究是未来创新的关键。 Innovation is the key to the future, yet fundamental research is the key to future innovation.