光催化劑是一種在光照條件下能夠加速化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)，其自身在反應(yīng)過程中不被消耗，被可見光激發(fā)之后達(dá)到激發(fā)態(tài)，進(jìn)而引發(fā)反應(yīng)物的氧化還原反應(yīng)，最終獲得目標(biāo)產(chǎn)物。在該過程中，由于光催化劑的性質(zhì)各異、形態(tài)各異，經(jīng)過各不相同的反應(yīng)歷程可得到截然不同的產(chǎn)物，這也吸引著化學(xué)家們投身其中的同時，也推動了光催化劑的蓬勃發(fā)展，尤其在現(xiàn)如今能源緊缺的時代，利用光能進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)相較于傳統(tǒng)化學(xué)反應(yīng)的優(yōu)勢顯而易見，發(fā)展前景廣闊。
麥克林提供各類光催化劑及其衍生試劑，具有優(yōu)異的可持續(xù)性，穩(wěn)定的工藝安全性，潛在的反應(yīng)創(chuàng)新性等特點，能被廣泛適用于各類科研項目、研究實驗中，歡迎選購。
本文通過以下幾點介紹麥克林光催化劑的化學(xué)特性和相關(guān)產(chǎn)品：
1. 催化原理
2. 光催化劑的優(yōu)勢
3. 光催化劑的應(yīng)用
4. 麥克林光催化劑產(chǎn)品介紹
1. 催化原理
可見光催化第一種反應(yīng)模式[1] 是誘導(dǎo)電子在底物之間轉(zhuǎn)移，從而產(chǎn)生自由基陰離子或陽離子。在該過程中，光催化劑僅可以充當(dāng)自由基鏈過程的引發(fā)劑，如果其進(jìn)一步參與催化循環(huán)的話，會影響整個光反應(yīng)的結(jié)果。當(dāng)光催化劑被一定波長的光所激發(fā)，達(dá)到激發(fā)態(tài)之后，單電子在底物之間轉(zhuǎn)移可能存在以下四種途徑（圖1）：
（1）光催化劑激發(fā)態(tài)被底物或者電子受體氧化，發(fā)生氧化猝滅；
（2）被底物或者電子給體還原，發(fā)生還原猝滅；
（3）被氧化的光催化劑氧化底物；
（4）被還原的光催化劑還原底物，回到基態(tài)，此時整個光反應(yīng)也經(jīng)歷整個催化循環(huán)，趨向穩(wěn)定的同時，被氧化或還原的底物繼續(xù)被反應(yīng)體系中的其他物質(zhì)捕獲，進(jìn)行后續(xù)的反應(yīng)過程，最終獲得目標(biāo)產(chǎn)物。
圖1
第二種反應(yīng)模式是在反應(yīng)體系中加入一種合適的光敏劑，將其吸收可見光的能量轉(zhuǎn)移到不能吸收給定波長光的底物上，使其產(chǎn)生自由基，進(jìn)行后續(xù)的反應(yīng)（圖2-1.）。最后，不添加光催化劑的光催化反應(yīng)研究逐漸增多，反應(yīng)體系中原位形成的電子供體-電子受體復(fù)合物在可見光范圍內(nèi)產(chǎn)生紫外吸收峰，可以吸收一定的波長，發(fā)生電荷分離，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（圖2-2.）。
圖2-1
圖2-2
2. 光催化劑的優(yōu)勢
2.1 優(yōu)異的可持續(xù)性
光催化劑在光照下能夠快速產(chǎn)生活性氧物種（如羥基自由基、超氧自由基等），這些活性物質(zhì)可以高效分解空氣中的有毒化合物，如甲醛、甲苯等揮發(fā)性有機(jī)物，并且分解產(chǎn)物為二氧化碳和水等無害物質(zhì)，不會產(chǎn)生新的污染物；
2.2 穩(wěn)定的工藝安全性
光催化劑參與的反應(yīng)一般都可以在較為溫和的條件下進(jìn)行，避免了高溫高壓、或強(qiáng)酸強(qiáng)堿等傳統(tǒng)合成方法對環(huán)境或設(shè)備的較大危害；
2.3 潛在的反應(yīng)創(chuàng)新性
光催化劑能夠?qū)崿F(xiàn)一些傳統(tǒng)方法難以實現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)，如新型碳-碳鍵的構(gòu)建，為合成復(fù)雜的天然產(chǎn)物和藥物分子提供了新的途徑。
3. 光催化劑的應(yīng)用
有機(jī)小分子協(xié)同催化：2016年，Jiang[2]課題組報道了通過新型協(xié)同光催化劑，用四氫-β-咔唑和丙烯醛相互作用，分子間對映選擇性交叉偶聯(lián)，不對稱催化構(gòu)建了Csp2-Csp3鍵（圖3）。在該反應(yīng)的催化體系中包含三部分，DPZ作為非金屬參與的可見光催化劑其負(fù)載量為0.05 mol%，手性路易斯酸 (β-ICD) 作為有機(jī)堿催化劑，NaBArF作為無機(jī)鹽輔助催化劑。正是因為三催化體系，該反應(yīng)的區(qū)域和對映選擇性均非常高；
圖3
過渡金屬協(xié)同催化：2015年，Takashi Ooi課題組[3] 報道了由可見光和過渡金屬Ir（Ⅲ）在軸手性芳基磷酸鹽 (Cat*8) 的催化下，實現(xiàn)N-磺酰基醛亞胺與N-芳基氨基甲烷的光催化自由基交叉偶聯(lián)反應(yīng)（圖4）。值得一提的是，該反應(yīng)所提供的催化體系能夠為自由基活性中間體的形成提供了較穩(wěn)定的環(huán)境，進(jìn)而使得最終的產(chǎn)物具有較高的產(chǎn)率以及較高的對映選擇性；
圖4
微生物滅菌：Sun等人[4] 研究的HTC-cf/NMIL-101(Fe)復(fù)合光催化劑在可見光照射下表現(xiàn)出優(yōu)異的殺菌性能。實驗證明，該復(fù)合材料對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有顯著的殺滅效果，甚至在實際水體中也能有效抑制細(xì)菌生長，為實際環(huán)境修復(fù)提供了新的有效途徑。通過自旋共振波譜(ESR)分析（圖5），發(fā)現(xiàn)HTC-cf/NMIL-101(Fe)在可見光照射下，能夠高效產(chǎn)生活性氧自由基，如超氧自由基和羥基自由基，這些活性物種在細(xì)菌殺滅過程中扮演著關(guān)鍵角色。
圖5
光催化脫硫：Zuo等[5] 人以凹凸棒石為骨架制備了Ag@AgBr/氮化碳-凹凸棒石復(fù)合脫硫光催化劑(Ag@AgBr/FCN-ATP)，在可見光下對二苯并噻吩(DBT)光催化氧化脫除，結(jié)果表明當(dāng)光照時間為180min時，脫硫率可達(dá)85.2%。作者認(rèn)為這是由于Ag與DBT中的S形成σ配位鍵吸附作用（圖6），Ag@AgBr和FCN-ATP之間的異質(zhì)結(jié)構(gòu)和協(xié)同效應(yīng)有效地促進(jìn)光生電子的傳輸且抑制空穴-電子復(fù)合。
圖6
4. 麥克林光催化劑及衍生試劑產(chǎn)品介紹
1. 優(yōu)異的可持續(xù)性
2. 穩(wěn)定的工藝安全性
3. 潛在的反應(yīng)創(chuàng)新性
4. 接受研發(fā)定制
1,2-二羥基蒽醌基-3-甲胺-N,N-二乙酸
Indicator
(4,4'-二叔丁基-2,2'-聯(lián)吡啶)雙[(2-吡啶基)苯基]銥(III)六氟磷酸鹽
97%
納米二氧化鈦
99.8% metals basis,60nm,銳鈦,親水
亞甲基藍(lán)三水合物
用于生物學(xué)染色
3,6-二叔丁基-9-均三甲苯基-10-苯基吖啶-10-鎓 四氟硼酸鹽
97%
2,3,5,6-四(9-咔唑基)-對苯二腈
97%, unsublimated
納米二氧化鈦
99.8% metals basis,5-10nm,銳鈦,親水型
9-均三甲苯基-10-甲基吖啶高氯酸鹽
98%,LC&N
乙酰丙酮酸二(2-苯基苯并噻唑-C2,N)合銥(III)
99%(HPLC), Sublimed
納米二氧化鈦
99.8% metals basis,100nm,銳鈦,親水
3,4,5,6-四(9-咔唑基)-鄰苯二腈
97%, unsublimated
三[2-(4,6-二氟苯基)吡啶-C2,N]銥(III)
98%
2,4,5,6-四(9-咔唑基)-間苯二腈
>99%(HPLC), Sublimed
[5,5'-雙(三氟甲基)-2,2'-聯(lián)吡啶-κN,κN]雙[3,5-二氟-2-[5-(三氟甲基)-2-吡啶基-κN]苯基]銥六氟磷酸鹽
98%
三(2,2'-聯(lián)吡啶)釕二(六氟磷酸)鹽
98%
三(2,2'-聯(lián)吡嗪)釕二(六氟磷酸)鹽
98%
【光催化劑專題頁】
【金屬催化劑專題頁】
【熒光試劑專題頁】
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參考文獻(xiàn)：
[1] Leyre, M.; Santosh, K. P.; Oliver, R.; Burkhard, K. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 10034.
[2] Wei, G.; Zhang, F.; Z. Y. Jiang. ACS Catal. 2016, 6, 3708.
[3] Uraguchi, D.; Yamada, K.; Ooi, T. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 13768.
[4] Yiting Lv, Jinjuan Xue, Zhaoxia Chen, Jianan Qu, Kaiwen Huang, Mingxin Wang, Wei Sun, Chemical Engineering Journal, 2024, 498, 155263.
[5] 左士祥,陳瑤,吳孟德,等.[J].硅酸鹽學(xué)報,2017,45(07):1024-1030.