可见光诱导Z型V2O5/g-C3N4异质结催化未活化烯烃串联反应

• Published in: 催化学报 Vol. 44; no. 1; pp. 111 - 116
• Main Authors: 桂清文, 滕帆, 喻鹏, 吴一帆, 农志彬, 杨龙汐, 陈祥, 阳天宝, 何卫民
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 湖南农业大学化学与材料科学学院,湖南长沙410128%南华大学化学化工学院,湖南衡阳421001 2023
• Subjects: Cascade reaction; g-C3N4; 稠环喹唑啉酮; 温和条件; Ring-fused quinazolinone; Green chemistry; 石墨相氮化碳; 绿色化学; Mild condition; 串联反应
• ISSN: 0253-9837

半导体光催化剂是一种极具前景的绿色催化剂,广泛用于污染物降解、水解制氢和有机合成等领域,有望利用太阳能来解决能源和环境问题,是当前的研究前沿和热点.然而,单组分半导体光催化剂的光生电子和空穴容易复合,导致量子效率差和光催化效率低.近年人们发现,将两种或多种催化材料结合,构建异质结光催化体系可有效促进光生电子-空穴分离.但传统的异质结体系中光生电子的还原性和光生空穴的氧化性通常在电荷转移后变弱,因此,很难同时具备高电荷转移效率和强氧化还原能力.研究发现,构建Z型异质结光催化体系不仅可以减少本体电子-空穴的复合,使其在不同半导体材料上实现空间分离,具有光谱响应宽、电荷分离效率高和稳定性高等优势,而且能保持良好的氧化还原能力.在半导体材料领域,石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种无金属聚合物半导体,具有良好的热化学稳定性、电学和光学特性,但存在量子效率低和适用范围窄等局限性.而五氧化二钒(V2O5)是一种重要的过渡金属氧化物半导体,由于具有良好的电学和光学性能被广泛用于锂离子电池、气敏传感器和光电器件.V2O5能带间隙(～2.19 eV)窄,具有合适的能量频带边缘(ECB=0.81 eV,EVB=3.0 eV),可以与g-C3N4(ECB=1.14 eV,EVB=1.59 eV)很好地匹配,形成稳定状态的Z型光催化体系,并提高光催化有机合成反应的效率.本文以三聚氰胺和偏钒酸铵为原料,采用热处理法分别制备g-C3N4和V2O5,采用水热法制备Z型V2O5/g-C3N4二元复合材料.X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)等结果表明,成功制备了Z型V2O5/g-C3N4.UV-Vis结果表明,V2O5/g-C3N4具有较宽的光吸收范围,从而提高了复合半导体材料的光学性能.在温和条件下,以未活化烯烃修饰的喹唑啉酮和芳基氧膦为反应物,V2O5/g-C3N4为多相光催化剂,进行膦酰化自由基偶联反应,制得一系列环合的膦酰化喹唑啉酮,收率为63％-83％.该反应具有原料易得、条件温和、底物范围广、产品收率及区域选择性良好等优点,同时催化剂循环使用性能良好.值得注意的是,不同吸电子取代基、供电子取代基修饰的喹唑啉酮和非对称结构的芳基氧膦均能兼容于该反应体系,并以中等至良好的收率得到了各种膦酰化喹唑啉酮化合物.本文采用的合成策略同样适