Functional Cooperation between Pt Single Atoms and Nanoparticles on TiO 2 for Photocatalytic Dehydrogenation and C–C Coupling

化学 光催化 脱氢 光化学 试剂 化学计量学 甲苯 纳米颗粒 选择性 电子转移 激进的 甲烷氧化偶联 二氯甲烷 铂金 氢原子 反应中间体 氢键 氯 动力学 Atom(片上系统) 氢 联轴节(管道) 催化作用 光激发 双苄基 还原消去 闪光光解 炔烃 偶联反应 电子 半导体 惰性 化学物理
作者
Yuxiao Jiang,Hao Wang,Yangwei Zhang,Shirui Cui,Hongxi Wu,Jiong Li,Zelong Li,Can Li
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.6c20513
摘要

Abstract Dehydrogenative coupling reactions that activate inert C–H bonds for C–C bond formation remain challenging because of unfavorable thermodynamics and kinetics without external oxidants. We report a hybrid photocatalytic system consisting of mixed Pt species on TiO2 (Ptmix/TiO2) combined with the hydrogen atom transfer reagent 2,2,2-trichloroethanol (TCE) for the dehydrogenative coupling of toluene. The system delivers 11% toluene conversion with 94% selectivity to bibenzyl and stoichiometric H2 evolution. Mechanistic studies show that Pt single atoms (Pt1) act as hole acceptors, while Pt nanoparticles (Pt NPs) act as electron acceptors, which further enhances charge separation. Holes localized on Pt1 oxidize TCE to generate chlorine radicals that mediate benzylic C–H abstraction, and electrons accumulated on Pt NPs drive proton reduction to H2. This work highlights the synergy between a semiconductor photocatalyst and a HAT (hydrogen atom transfer) mediator and the complementary roles of distinct Pt configurations, offering a guiding principle for designing efficient photocatalytic systems for organic synthesis.

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