Hyperporphyrinization-Enhanced Electron Transfer in Covalent Organic Frameworks for Metal-Free Photocatalytic C–H Functionalization

化学 表面改性 光催化 亚胺 电子转移 共价键 光化学 发色团 光诱导电子转移 电子供体 电子受体 组合化学 离域电子 共轭体系 光敏剂 联吡啶 吡啶 氢键 电荷(物理) 光催化 氢原子 高分子化学 格式化 催化作用
作者
Zhi‐Bei Zhou,David Wang,Yubin Fu,Chenghua Deng,Daqian Bian,Zitong Wang,Wenbin Lin
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (40): 36071-36078 被引量:14
标识
DOI:10.1021/jacs.5c12771
摘要

The development of efficient covalent organic framework (COF)-based photocatalysts has been hindered by topological constraints on photosensitizer incorporation and inefficient charge transfer resulting from electron localization across the linkages. To overcome these limitations, we report a hyperporphyrinization strategy in a novel COF (HP-COF), constructed by linking porphyrinic photosensitizers to bipyridine N-oxide moieties via imine bonds. The unprecedented hyperporphyrin effect in HP-COF originates from linker-to-linker charge transfer (LLCT) across the imine linkage, as demonstrated by comparison with an amide-linked analogue (NP-COF), where the nonconjugated linkage disrupts this delocalization pathway. Upon photoexcitation, the porphyrinic unit oxidizes the bipyridine N-oxide to generate a pyridine N-oxyl radical, which acts as a hydrogen atom transfer catalyst for C-H bond activation. In HP-COF, the LLCT process enhances photooxidative potential, electron delocalization, and charge transport, resulting in superior photocatalytic performance in metal-free C-H functionalization compared to both NP-COF and homogeneous analogues. HP-COF is readily recyclable and retains its photocatalytic activity over five consecutive cycles.
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