Efficient Red Light–Driven Singlet Oxygen Photocatalysis with an Osmium‐Based Coulombic Dyad

光化学 单线态氧 化学 激发态 单重态 光催化 氧气 催化作用 分子 有机化学 原子物理学 物理
作者
Matthias Schmitz,Robert Naumann,Katja Heinze,Christoph Kerzig
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:137 (35)
标识
DOI:10.1002/ange.202502840
摘要

Abstract Photoactive osmium complexes are widely used sensitizers for the generation of singlet oxygen because they can be excited directly into their triplet states with low‐energy red light. However, their short‐lived excited states reduce quenching efficiencies and reaction quantum yields significantly. To elongate the excited state lifetime, osmium complexes have been linked to organic chromophores to form molecular dyads. This approach, although effective, is time‐ and resource‐consuming, hampering larger‐scale applications. Here, we demonstrate a straightforward approach by directly mixing a readily available cationic osmium complex and an anionic perylene derivative in solution. Strong Coulombic interactions facilitate rapid energy transfer (∼100 ps) from the excited osmium complex to the perylene derivative, mimicking a dyad‐like system. Detailed spectroscopic investigations revealed an increased singlet oxygen formation rate by over one order of magnitude at sub‐millimolar perylene concentrations, attributed to i) the three orders of magnitude longer lifetime of the perylene triplet state produced via intra‐ion‐pair energy transfer and ii) an inherently high singlet oxygen quantum yield of that key species. The novel catalyst system enables highly productive photooxygenations in water and in a MeOH/H 2 O 10:1 mixture, highlighting the broad applicability and versatility of the Coulombic dyad approach for photocatalytic synthesis and wastewater treatment.
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