Trace Amorphous FeO x Steers O 2 Activation From Charge Transfer to Energy Transfer for Singlet‐Oxygen‐Mediated Biomass Valorization

无定形固体 电子转移 催化作用 单线态氧 氧气 光化学 活化能 化学 光激发 无定形碳 材料科学 选择性 产量(工程) 石墨氮化碳 系统间交叉 碳纤维 氮化物 量子产额 化学工程 罗丹明B 无机化学 激发态
作者
Siyuan Wei,Junda Ding,Linfang Guo,Jiawei Yan,Yurong Zeng,Yanting Zheng,Zanyong Zhuang,Yan Yu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:: e5828543-e5828543
标识
DOI:10.1002/anie.5828543
摘要

ABSTRACT Controlling O 2 activation in air is central to selective aerobic photooxidation. Yet directing O 2 activation toward an energy‐transfer (ET) pathway producing mild singlet oxygen ( 1 O 2 ), rather than a charge‐transfer (CT) pathway generating radicals, remains difficult because the catalysts must favor triplet‐energy transfer to O 2 while avoiding electron transfer. We show that ultrasmall amorphous FeO x supported on porous carbon nitride (PCN) redirects O 2 photoactivation from a mixed CT/ET process to a predominantly ET pathway. Compared with the crystalline counterpart, trace ultrasmall amorphous FeO x (∼3.8 nm, 0.29 wt% Fe) localizes photoexcitation in a triplet‐favored excited state by increasing exciton binding energy (45.69 meV) and accelerating intersystem crossing ( τ 1 = 19.88 ps). It also promotes O 2 capture and suppresses electron transfer owing to weak interfacial coupling. This dual regulation shifts reactive oxygen species generation from mixed •O 2 − / 1 O 2 to predominantly 1 O 2 , achieving a 1 O 2 yield of 982.2 µmol L −1 , 2.5 times that of crystalline FeO x . Such a 1 O 2 ‐mediated pathway enables selective photooxidation of 5‐hydroxymethylfurfural (HMF) to 2,5‐furandicarboxylic acid (FDCA) under ambient air, delivering 92.1% FDCA selectivity and a formation rate of 461 µmol g −1 h −1 despite ultralow Fe loading, identifying ultrasmall amorphous oxides as atom‐efficient sites for route‐selective O 2 activation for advanced aerobic photocatalysis.
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