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​韩纲/段春迎Nat. Commun.: 近红外和红光驱动连续光诱导电子转移，高效光氧化还原催化
光合作用是自然界中太阳能转化为化学能的主要过程。基于这一自然现象，人们开发了光催化研究领域，利用光能构建化学键。然而，天然光合作用和化学光催化作用有一些关键的区别。在光合作用中，连续的光子吸收发生，而化学光催化通常依赖于单光子激发来驱动反应。这种差异限制了传统的可见光诱导的光催化氧化还原反应的范围，因为它只能激活活化能较低的底物。因此，为了实现高的光合成效率以及涉及惰性键的激活，常常需要紫外激发。这种方法可能导致光损伤和不希望的副反应，对于有效和选择性的光催化过程提出了挑战。


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连续光诱导电子转移(conPET)过程积累了两个光子的能量，以克服传统光催化氧化还原的热力学极限。然而，conPET系统的激发波长主要集中在短波长的可见光上，导致光损伤和与大规模反应不相容。
基于此，美国马萨诸塞大学医学院韩纲和大连理工大学段春迎等利用典型的conPET光催化剂PDI和各种红光或NIR光敏剂(包括PdTPBP、BDP和PtTNP)构建了一种由近红外(NIR)和红光触发的conPET系统。瞬态吸收光谱、磷光猝灭光谱和吸收光谱分析表明，在红光(625/650 nm)或近红外(721 nm)光照射和光敏剂的作用下，产生PDI (3PDI*)和PDI自由基阴离子(PDI•−)三重激发态。
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值得注意的是，与传统的蓝光照射下的conPET相比，三联体敏化方法在长波长光激发下PDI•−的产生速度快了2个数量级(102倍)，这可能受益于更长寿命的三重激发态和更大的三重态双自由基对的笼逃逸产量。
研究发现这种三重态敏化产生的PDI•−能够实现芳基卤化物的长波长光驱动的光还原，其显示比传统的蓝光介导的conPET更快的反应速率，特别是对于大容量反应(20 mL)。此外，通过这种方法产生的芳香族自由基能够用于无金属染料对或近红外活性染料对的原子转移自由基聚合反应(ATRP)。
Long wavelength near-infrared and red light-driven consecutive photo-induced electron transfer for highly effective photoredox catalysis. Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-50795-y




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