鲁汶大学/厦门大学Nat. Commun.:Zn-In-S光催化C-H键活化机理
C-H键活化反应目前仍然是化学领域的重要挑战,半导体光催化剂在C-H键活化领域展示其前景,但是人们对于半导体氧化物C-H键活化的机理仍并不清楚。
有鉴于此,厦门大学程俊教授、鲁汶大学Bert Sels教授、吴雪娇等报道Zn-In-S半导体光催化剂对多种多样的生物质以及化石燃料试剂进行C-H键活化偶联,制备高附加值产品。
本文要点
要点1. 与通常研究者广泛接受的半导体光催化剂的逐步电子-质子转移机理PE-ET(stepwise electron-proton transfer pathway)不同,作者通过实验和理论计算发现Zn-In-S光催化剂的机理为协同质子耦合电子转移机理CPET(concerted proton-coupled electron transfer)。
要点2. 通过进行微动力学模型研究,并且考虑了表面化学的基元步骤,作者发现Zn-In-S催化剂通过消耗自由基并且具有更快的C-H键活化速率,这是因为对于PE-ET过程通过非常强的吸附作用阻碍催化反应。Zn-In-S催化剂的CPET过程中,摘氢反应是决速步,而且摘氢步骤的能垒更低。基于微动力学模型得到的催化反应速率表达式有助于设计基于CPET机理的C-H键活化应用半导体催化剂。
Wu, X., Fan, X., Xie, S.et al. Zinc-indium-sulfide favors efficient C - H bond activation by concerted proton-coupled electron transfer. Nat Commun 15, 4967 (2024).
DOI: 10.1038/s41467-024-49265-2
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