自旋態(tài)轉變是主導催化過程的重要因素,但揭示其機理仍面臨缺乏催化劑模型系統(tǒng)的巨大挑戰(zhàn)。
在此,華南師范大學蘭亞乾教授,Jiang Liu提出{Fe-Pt}霍夫曼包合物可以作為自旋相關結構催化關系研究中的模型系統(tǒng),其金屬中心的動態(tài)自旋態(tài)轉變可以通過碘處理進行化學操縱。
文章要點
1)以光催化合成H2O2為基本催化反應,當包合物中Fe(II)的自旋態(tài)為高自旋(HS)時,光合作用中不可缺少犧牲劑,因為只有光催化氧還原反應(ORR)發(fā)生;當它處于低自旋(LS)時,ORR和水氧化反應(WOR)都可以發(fā)生,在可見光照射下實現66000 μM g?1 h?1的高H2O2光合作用速率。
2)原位表征結合密度泛函理論計算證實,與HS態(tài)對應物相比,LS態(tài)可以誘導聚合物中LSFe(II)和碘化物配位Pt(IV)之間的強烈電荷轉移,并降低ORR和WOR過程的能量勢壘,主導著O2飽和水中H2O2光合作用的開關。
3)此外,通過一鍋串聯反應,利用合成的H2O2將低附加值的烯烴磺酸鈉轉化為高附加值的溴醇產品,且轉化率較高。這項工作通過操縱自旋交叉系統(tǒng)中的金屬自旋態(tài)轉變,為光催化整體反應的開關切換提供了開創(chuàng)性的研究。
參考文獻
Guo-Zhang Huang, et al, On?Off Switching of a Photocatalytic Overall Reaction through Dynamic Spin-State Transition in a Hofmann Clathrate System, J. Am. Chem. Soc., 2023
DOI: 10.1021/jacs.3c09513
https://doi.org/10.1021/jacs.3c09513