Mechanically interlocked pyrene-based photocatalysts

系统间交叉 发色团 光化学 激发态 堆积 准分子 化学 光催化 链烷 三重态 分子 纳米技术 材料科学 催化作用 荧光 有机化学 物理 量子力学 核物理学 单重态
作者
Amine Garci,Jacob A. Weber,Ryan M. Young,Masoud Kazem‐Rostami,Marco Ovalle,Yassine Beldjoudi,Ahmet Atilgan,Youn Jue Bae,Wenqi Liu,Leighton O. Jones,Charlotte L. Stern,George C. Schatz,Omar K. Farha,Michael R. Wasielewski,J. Fraser Stoddart
出处
期刊:Nature Catalysis [Springer Nature]
卷期号:5 (6): 524-533 被引量:18
标识
DOI:10.1038/s41929-022-00799-y
摘要

Triplet excited-state organic chromophores present countless opportunities for applications in photocatalysis. Here we describe an approach to the engineering of the triplet excited states of aromatic chromophores, which involves incorporating pyrene into pyridinium-containing mechanically interlocked molecules (MIMs). The π-extended nature of the pyrenes enforces [π···π] stacking, affording an efficient synthesis of tetrachromophoric octacationic homo[2]catenanes. These MIMs generate triplet populations and efficient intersystem crossing on account of the formation of a mixed charge-transfer/exciplex electronic state and a nanoconfinement effect, which leads to a high level of protection of the triplet state and extends the triplet lifetimes and yields. These compounds display excellent catalytic activity in photo-oxidation, as demonstrated by the aerobic oxidation of a sulfur-mustard simulant. This research highlights the benefits of using the mechanical bond to fine-tune the triplet photophysics of existing aromatic chromophores, providing an avenue for the development of unexplored MIM-based photosensitizers and photocatalysts. Although pyrene-containing molecules have been studied for their optical properties, the outcome of their incorporation into mechanically interlocked structures remains underexplored. Here, the authors install pyrene units into homo[2]catenanes and investigate the formation of long-lived triplet states, which can be exploited for photocatalysis.
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