单线态氧是一种高效低成本的光催化氧化反应的氧化剂。通常,能高效产生单线态氧的理想光敏剂需要同时具有强的光吸收、良好的光稳定性、溶解性以及高效的单线态—三线态系间窜越效率。然而,开发一种可同时满足上述所有要求的光敏剂是非常具有挑战性的。因此,很多研究者致力于将多种光敏剂通过共价连接整合到单个分子或聚合物中,以避免它们的光降解和自聚集,从而提高单线态氧产生的稳定性和效率。然而,共价连接过程往往需要繁琐和耗时的合成过程,并且收率低,这极大地限制了它们的实际应用。因此,迫切需要开发一种新的策略来制备具有良好稳定性和单线态氧产生能力的光敏剂。

  


  针对这一问题,西安交通大学材料学院张明明教授课题组通过配位自组装将两种常见的光敏剂(苝酰亚胺和苯并噻唑)结合在一起,制备了一类桶状多组分金属笼。这种策略不仅通过带电荷的笼状结构之间排斥作用避免了其自聚集,而且还利用铂基配位键促进了系间窜越,提高了其单线态氧产生能力(单线态氧量子产率高达56%)。这些笼状化合物可以将一些烯类衍生物包裹进空腔内,通过可见光照产生的单线态氧将其氧化,表现出了优异的催化效率(产率>90%)、良好的光稳定性和可重复使用性。该项研究不仅提供了一种通过配位自组装构筑具有优异单线态氧产生能力的金属笼的策略,还拓展了其在光催化氧化反应领域的应用,为金属笼在光催化方面的设计和应用提供了指导。

  近日,该研究成果以《基于苝酰亚胺的多组分金属笼作为光敏剂用于可见光驱动的光催化氧化反应》(Perylene Diimide-Based Multicomponent Metallacages as Photosensitizers for Visible Light-Driven Photocatalytic Oxidation Reaction)为题发表在中国化学会的旗舰刊物《中国化学会·化学》(CCS Chemistry)上。论文第一作者为西安交大材料学院博士生侯亚丽,通讯作者是西安交大金属材料强度国家重点实验室张明明教授,西安交大金属材料强度国家重点实验室是论文唯一通讯单位。

  该研究工作得到了国家自然科学基金、陕西省重点研发计划、西安交通大学基础研究计划、中央高校基本科研业务费和广东省分子聚集发光重点实验室开放基金等项目的资助,论文的表征及测试得到了深圳大学李霄鹏教授、西安交大前沿院何刚教授、英国诺丁汉大学凌三良博士、西安交通大学分析测试共享中心、材料学院分析测试中心的支持。