Photoenzyme Coupling System: Covalent Organic Frameworks In Situ Production of Hydrogen Peroxide Cascaded with Unspecific Peroxygenase to Achieve C–H Bonds Selective Activation

共价键 过氧化氢 材料科学 原位 联轴节(管道) 氢键 化学物理 偶联反应 光化学 纳米技术 化学工程 催化作用 分子 有机化学 化学 复合材料 工程类
作者
Chunxiu Liu,Ziwen Zhou,Chun-Xian Cai,Yun‐Jie Wei,Zhipeng Yu,Xiaoyan Wang,Na Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (4): 6347-6356 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acsami.4c19081
摘要

As an efficient, sustainable, and environmentally friendly semiconductor material, covalent organic frameworks (COFs) can generate hydrogen peroxide (H2O2) by photocatalysis, attracting wide attention in recent years. Herein, the effects of hydroxyl, methoxyl, and vinyl groups of imide-linked two-dimensional (2D) COFs on the photocatalytic production of H2O2 were studied theoretically and experimentally. The introduction of vinyl groups greatly promotes the photogenerated charge separation and migration of COFs, providing more oxygen adsorption sites, stronger proton affinity, and lower intermediate binding energy, which effectively facilitates the rapid conversion of oxygen to H2O2. Further, we have integrated the properties of the photocatalytic in situ generation of H2O2 by COFs and the continuous consumption of H2O2 by unspecific peroxygenases (UPOs) to construct a mild and simple photoenzyme coupling system that can achieve selective activation of C-H bonds without the need of any external oxidants or sacrificial agents. This simple, stable, and compatible photoenzyme system avoids irreversible enzyme damage caused by excessive exogenous H2O2 and the utilization of sacrificial agents, thus providing an efficient and green pathway for fine chemical synthesis. This system not only breaks the restriction of continuous exogenous H2O2 supplementation on the UPO catalytic system but also provides a new practical application direction for semiconductor photocatalytic H2O2 production.
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