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Singlet‐Oxygen‐Driven Cooperative Photocatalytic Coupling of Biomass Valorization and Hydrogen Peroxide Production Using Covalent Organic Frameworks

单线态氧 过氧化氢 光催化 光化学 生物量(生态学) 共价键 化学 联轴节(管道) 催化作用 环境化学 氧气 材料科学 化学工程 有机化学 冶金 生态学 工程类 生物
作者
Qiang Xue,Hanxi Li,Peng Jin,Xukai Zhou,Feng Wang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
被引量:7
标识
DOI:10.1002/anie.202423368
摘要

Abstract Traditional H 2 O 2 photocatalysis primarily depends on photoexcited electrons and holes to drive oxygen reduction and water oxidation, respectively. However, singlet oxygen ( 1 O 2 ), often underappreciated, plays a pivotal role in H 2 O 2 production. Meanwhile, photocatalytic biomass conversion has attracted attention, yet studies combining H 2 O 2 synthesis with biomass valorization remain rare and typically yield low‐value products. Herein, a strategy of photocatalytic valorization of furfuryl alcohol (FFA) coupled with the efficient co‐production of H 2 O 2 is reported, enabled by covalent organic frameworks (COFs) induced, 1 O 2 ‐participated Achmatowicz rearrangement. This study introduces polyimide‐based COF‐N 0‐3 with tailored nitrogen content, representing an unprecedently efficient platform for 1 O 2 production. Remarkably, reducing the nitrogen content of the COF enhances 1 O 2 production, significantly boosting the H 2 O 2 generation rate. In FFA, the primary pathway for H 2 O 2 production is Achmatowicz rearrangement, achieving a rate ten times higher than that reliant on oxygen reduction reaction in pure water, reaching 4549 µmol g⁻¹ h⁻¹. Mechanism studies revealed 1 O 2 selectively engaged FFA, bypassing hole oxidation to trigger the Achmatowicz rearrangement, producing valuable 6‐hydroxy‐(2H)‐pyranone with 99% conversion and 92% selectivity. This work establishes a coupling strategy for simultaneous synthesis of H 2 O 2 and biochemicals, offering a transformative approach to sustainable photocatalysis.
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