化學與材料工程學院劉建軍教授團隊在光催化材料研究中取得系列進展
近期,我?;瘜W與材料工程學院、云南省晶態(tài)多孔有機功能材料重點實驗室劉建軍教授團隊圍繞雜化材料的制備及其在光催化有機合成領域開展了系列研究,相關研究成果和評論發(fā)表在《Coordination Chemistry Reviews》《Journal of Catalysis》《Inorganic Chemistry Frontiers》《Molecules》《Chemistry-A European Journal》等重要國際期刊上,具體如下:
1. 新型光活性給-受體型雜化材料的研究。團隊系統(tǒng)地總結了近年來利用多金屬氧酸鹽、金屬鹵化物和過渡金屬離子構建萘二酰亞胺和苝二酰亞胺基晶體雜化材料的研究進展,及其在光致變色、光可控熒光/磷光、光催化有機轉化、光熱轉化、抗菌等方面的應用,為今后這些材料的設計、制備和應用提供有益的指導。
該成果以“Naphthalenediimide- and perylenediimide-based donor-acceptor crystalline hybrid materials: structures and applications” 為題發(fā)表在《Coordination Chemistry Reviews》上。曲靖師范學院為第一完成單位,劉正芬博士為第一作者,劉建軍教授和林梅金研究員為共同通訊作者。《Coordination Chemistry Reviews》是中科院SCI化學大類一區(qū)Top期刊,影響因子20.3。
2. 自由基摻雜的共價有機框架及其光致變色和光催化有機合成等功能研究。團隊通過將具有光活性的苝酰亞胺加入到其骨架中,設計并制備了一種自由基摻雜的全共軛共價有機框架材料。結構表征不僅證實了其多孔穩(wěn)定的骨架結構,而且揭示了苝酰亞胺與電子供體之間光誘導電子轉移產生的自由基。完全共軛和自由基摻雜的特性使該材料能夠有效地實現(xiàn)近紅外光熱轉換。此外,該材料在光照下能高效生成超氧自由基陰離子,可促進吲哚的C-3硫氰化反應。該研究表明,在共價有機框架材料中引入光活性有機染料是實現(xiàn)光熱轉化和光催化有機合成的有效途徑。
該成果以“Fully conjugated radical-doped COF for near-infrared photothermal conversion, C-3 thiocyanation of indoles and oxidative coupling of amines” 為題發(fā)表在《Journal of Catalysis》上。曲靖師范學院為第一完成單位,本科生李曉波為第一作者,劉建軍教授和劉正芬博士為共同通訊作者?!禞ournal of Catalysis》是中科院SCI化學大類一區(qū)Top期刊,影響因子6.5。
3.含持久性自由基的雜化材料及其光可調的光熱轉換和光催化氧化等功能研究。團隊通過將光活性萘二酰亞胺和多金屬氧酸鹽摻入其結構中,設計并制備了具有持久性自由基陰離子的雜化材料SiMo-NDI。結構表征顯示SiMo-NDI不僅具有顯著的光致變色性,而且具有較窄的帶隙。由于這種雜化材料具有持久的自由基和強的近紅外吸收特性,可以實現(xiàn)有效的近紅外光熱轉換。它在光照下能高效生成超氧自由基陰離子,可促進芳基硼酸的光催化羥基化和吲哚的C-3硫氰化,具有收率高,可回收性好等特點。
該成果以“A persistent radical anion naphthalenediimide-based hybrid material for near-infrared photothermal conversion and photocatalytic oxidative organic transformations” 為題發(fā)表在《Inorganic Chemistry Frontiers》上。曲靖師范學院為第一完成單位,曲靖師范學院與云南民族大學聯(lián)合培養(yǎng)的研究生代偉俊為第一作者,劉建軍教授和成飛翔教授為共同通訊作者?!禝norganic Chemistry Frontiers》是中科院SCI化學大類一區(qū),影響因子6.1。
4. 利用光能驅動不對稱有機轉化生產高附加值有機化合物的研究。團隊總結了近年來手性共價有機框架材料及其復合材料的研究進展,從結構上評論了其在不對稱光催化有機轉化中的應用。同時討論了手性共價有機框架材料在不對稱光催化中的局限性和挑戰(zhàn),并展望了未來的研究方向。
該成果以“Recent Advances in the Utilization of Chiral Covalent Organic Frameworks for Asymmetric Photocatalysis” 為題發(fā)表在《Molecules》上。曲靖師范學院為第一完成單位,劉鵬博士為第一作者,劉建軍教授和趙玉祥博士為共同通訊作者?!?/span>Molecules》是中科院SCI化學大類二區(qū),影響因子4.2。
5.苝二酰亞胺雜化材料的結構設計和光催化性能調控研究。團隊通過將多金屬氧酸鹽緩慢擴散到酸化的苝二酰亞胺溶液中,制備了四種自由基摻雜的苝二酰亞胺基雜化材料。所制得的苝二酰亞胺基雜化材料不僅具有明顯的光致變色性,而且在環(huán)境條件下還具有活性有機自由基。此外,所有雜化材料都可以很容易地光還原成自由基陰離子,然后經過二次光激發(fā)形成高能激發(fā)態(tài)自由基陰離子,實驗和理論計算表明,形成的高能自由基陰離子對胺的氧化偶聯(lián)和烯烴的全氟烷基化反應具有催化活性,但是該催化活性表現(xiàn)出對多金屬氧酸鹽種類的依賴性。該研究所建立的結構-光催化活性關系為光催化和雜化材料領域提供了新的研究方向。
該成果以“Polyoxometalate-dependent Photocatalytic Activity of Radical-doped Perylenediimide-based Hybrid Materials” 為題發(fā)表在《Chemistry-A European Journal》上。曲靖師范學院為第一完成單位,曲靖師范學院與云南民族大學聯(lián)合培養(yǎng)的研究生代偉俊為第一作者,劉建軍教授和成飛翔教授為共同通訊作者。《Chemistry-A European Journal》是中科院SCI化學大類二區(qū),影響因子3.9。
上述成果的發(fā)表,為學院高質量發(fā)展、一流學科建設、重點實驗室培育、團隊建設等提供了重要支撐,也為服務地方經濟發(fā)展打下了良好的理論基礎。
系列成果發(fā)表匯總:
[1] Coordination Chemistry Reviews, 2025, 526, 216350.
DOI: 10.1016/j.ccr.2024.216350.
[2] Journal of Catalysis, 2024, 437, 115640.
DOI: 10.1016/j.jcat.2024.115640.
[3] Inorganic Chemistry Frontiers, 2024, 11, 5185-5195.
DOI: 10.1039/d4qi00941j.
[4] Molecules 2024, 29, 5006.
DOI: 10.3390/molecules29215006.
[5] Chemistry-A European Journal, 2024, 30, e202303996.
DOI: 10.1002/chem.202303996.