Perylene diimide covalent organic frameworks super-reductant for visible light-driven reduction of aryl halides

二亚胺 卤化物 芳基 光化学 催化作用 可见光谱 芳基 化学 激进的 自由基离子 氧化剂 离子键合 光催化 材料科学 有机化学 分子 离子 光电子学 烷基
作者
Yucheng Jin,Xiaolin Liu,Chen Qu,Changjun Li,Hailong Wang,Xiaoning Zhan,Xinyi Cao,Xiaofeng Li,Baoqiu Yu,Qi Zhang,Dongdong Qi,Jianzhuang Jiang
出处
期刊:Chinese Journal of Catalysis [Elsevier BV]
卷期号:57: 171-183 被引量:15
标识
DOI:10.1016/s1872-2067(23)64592-9
摘要

In recent years, there has been a growing interest in the utilization of molecular photocatalysts in their radical ionic forms, especially as visible-light super-reductants. These catalysts exhibit remarkable capabilities in facilitating otherwise inert high-potential organic reactions, such as the reduction of aryl halides to aryl radicals. However, the development of heterogeneous super-reductants has lagged behind due to the deactivation effect caused by molecular aggregation. This study presents a novel approach to address this limitation by heterogenizing perylene diimides (PDIs) super-reductants with a consecutive photo-induced electron transfer mechanism into two-dimensional donor-acceptor (D-A) covalent organic frameworks (COFs). Both COFs, possessing D-A electronic structures and photothermal effects, demonstrated superior visible-light photocatalytic performance compared to their homogeneous counterparts. They achieved up to 99% conversion in the dehalogenation of aryl halides, primarily through a hydrogen atom trapping aryl radical mechanism. Additionally, we conducted a comparative investigation of the excited states of radical anionic D-A-type COFs and DPPDI using femtosecond transient absorption spectroscopy. Notably, the lifetimes of COFs were significantly prolonged, measuring 210 and 260 ps, respectively, compared to the 150 ps lifetime of (DPPDI•−). This study offers valuable insights into the design of efficient free radical ion-type photocatalysts, with potential applications in various chemical transformations.
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