东方时讯网破解碳键是一个众所周知的难题，但它可能是生产更绿色、更可持续的化学品的关键。中国的一个研究团队通过银改性的多金属氧酸盐光催化剂首次实现了可见光促进的碳-碳键和碳-氮键的同时裂解，为化石燃料的碳中性替代品等应用开辟了道路。研究人员的研究结果于3月3日发表在Polyoxometalates上。
廉价高效的光催化技术正被用于解决日益严重的环境污染问题。多金属氧酸盐(POM)是一类具有独特物理化学性质的金属氧化物簇，这使得它们在光催化领域特别有效——利用光能驱动化学反应。
由于其分子结构的稳定性和可逆的氧化还原特性，聚甲醛作为光催化剂可以分解废水中的有机污染物并减少二氧化碳。POM还可以催化简单的有机转化，包括碳-碳(CC)和碳-氮(CN)的键形成反应。
然而，大多数POM只能使用紫外线工作。
“设计和合成新的可见光促进的POMs光催化剂并探索它们在新的有机反应中的潜力具有重要意义，”河南师范大学的研究作者李树军说。
带着这个目标，Li及其同事探索了合成可见光促进的POM光催化剂，以用于选择性、同时的碳键断裂。
“CC和CN键是有机化合物中存在最广泛和最基本的键，”李说。“用于化学转化的C-C键或C-N键的选择性催化裂解是合成化学中的一个重要课题，已成为最具吸引力但最具挑战性的任务之一。”
在过去的几十年里，化学家们一直在追求这一目标，因为破解这些顽固的键可能是寻找有价值的新化学品或更可持续的方法来制造已知化学品的关键。因此，他们开发了多种催化系统来分别切割C-C键或C-N键。然而，在单个有机转化中同时裂解C-C和C-N键是一个具有挑战性的目标。
“到目前为止，几乎没有报道过在一个底物分子中同时切割CC和CN键的例子，”李说。
为了使事情变得更复杂、更快速，同时裂解这些类型的键需要苛刻的反应条件，例如高温和强氧化剂或引发剂。
研究团队结合铌(Nb)/钨(W)混合齿顶POM和银(Ag)离子，获得了银改性聚铌钨酸盐(Ag-Nb/W)。
Ag-Nb/W在可见光区表现出强烈的吸收，这鼓励研究人员研究其在可见光下的催化活性。研究人员的调查包括分析基板范围和最佳性能条件范围，以及Ag-Nb/W的稳定性和可重复使用性。
结果表明，Ag-Nb/W的合成和结构支持在温和条件下可见光下同时裂解C-C和C-N键的有效催化作用。此外，Ag-Nb/W最多可重复使用六次而不会降低催化活性。
“据我们所知，这是第一个由POM光催化剂催化可见光促进CC键和CN键同时裂解的例子，这与社会对绿色化学和可持续发展的需求不谋而合，”李说。
李说，这项工作为设计新的可见光诱导的多金属氧酸盐光催化剂以用于涉及C-C和C-N键断裂的有机反应提供了可行的启示。
在未来的步骤中，研究人员计划将这种化合物与其他固体载体结合起来，设计出一种分散的、更稳定的光催化材料，适合其在光催化领域的应用。