Efficient Energy and Electron Transfer Photocatalysis with a Coulombic Dyad

二元体 光催化 电子转移 能量转移 电子 物理 化学 材料科学 光化学 工程物理 量子力学 催化作用 生物化学 声学
作者
Matthias Schmitz,Maria‐Sophie Bertrams,Arne C. Sell,Felix Glaser,Christoph Kerzig
标识
DOI:10.26434/chemrxiv-2024-vdsh1
摘要

Photocatalysis holds great promise for changing the way how value-added molecules are currently prepared. However, many photocatalytic reactions suffer from lousy quantum yields, hampering the transition from lab-scale reactions to large-scale or even industrial applications. Molecular dyads can be designed such that the beneficial properties of inorganic and organic chromophores are combined, resulting in milder reaction conditions and improved quantum yields of photocatalytic reactions. We have developed a novel approach for obtaining the advantages of molecular dyads without the time- and resource-consuming synthesis of these tailored photocatalysts. Simply by mixing a cationic ruthenium complex with an anionic pyrene derivative in water a salt bichromophore is produced owing to electrostatic interactions. The long-lived organic triplet state is obtained by static and quantitative energy transfer from the preorganized ruthenium complex. We exploited this so-called Coulombic dyad for energy transfer catalysis with similar reactivity and even higher photostability compared to a molecular dyad and reference photosensitizers in several photooxygenations. In addition, it was shown that this system can also be used to maximize the quantum yield of photoredox reactions. This is due to an intrinsically higher cage escape quantum yield after photoinduced electron transfer for purely organic compounds compared to heavy atom-containing molecules. The combination of laboratory-scale as well as mechanistic irradiation experiments with detailed spectroscopic investigations provided deep mechanistic insights into this easy-to-use photocatalyst class.
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