多相光催化系统精准调控有机转化反应的产品选择性

2022年5月12日，中国科学技术大学，Nano Research Energy期刊编委熊宇杰教授和中国科学技术大学苏州高等研究院戴懿涛研究员在清华大学创办的学术期刊Nano Research Energy (https://www.sciopen.com/journal/2790-8119)上发表题为“Control of selectivity in organic synthesis via heterogeneous photocatalysis under visible light”的综述论文。

该综述展望了多相光催化有机转化领域在未来的可能研究方向，包括如何精准构筑高效的多相光催化系统、攻关需要高能量输入（反应温度≥350度）的有机化工反应（如丙烷脱氢制丙烯等）及探索全新的光驱动有机合成路线。

调控多相光催化有机转化中反应选择性的关键要素

当前全球科学家们正试图找到更好的方法来控制有机反应的产品选择性，大幅削弱副产物的生成以提高目标有机化学品的纯度，实现高纯、昂贵精细化学品的可控合成。同时，需要努力开发绿色、环保的催化工艺，达到节能减排，降低CO₂等废气的排放。目前，科学家们可以在化学反应中使用多种催化模式，包括多相催化、均相催化和生物催化等。其中多相催化体系在工业应用中占主导地位，并表现出诸多优点，如易于产物分离、可连续操作和规模化放大生产等。当前，许多重要的化学反应主要是靠由热能控制的多相催化系统来驱动，尤其是在传统有机化工方面，大部分合成工艺仍需要苛刻的反应条件（如高温、高压和强氧化剂/还原剂的使用），存在着高能耗和环境污染等问题。这与我国当前的“碳达峰、碳中和”发展方向是不一致的，相关的有机化工厂亟需开展能源结构的低碳化转型。而新兴的人工光合成过程为现代有机合成的绿色化发展带来了契机，并得到了越来越广泛的研究。

其中，多相光催化有机转化通过对太阳能的清洁利用，可实现许多重要、昂贵精细化学品的高选择性合成。该综述论文针对这一极具实际应用前景的研究热点，详细解析了当前诸多高效、高选择性的多相光催化系统。论文从纳米光催化剂材料的电子结构、几何形貌和表界面微化学环境等物化性质出发，深入分析其中的关键影响环节（如光子的捕获、光生载流子的分离迁移和表界面催化反应过程），揭示其对目标有机产物选择性的调控机制，为进一步提升反应选择性和光催化活性提供研究思路。同时，通过结合对原位、瞬态谱学表征的深入分析，帮助读者理解光能到化学能的具体转换路径。

相关论文信息：

Dai, Y. T.; Xiong, Y. J. Control of selectivity in organic synthesis via heterogeneous photocatalysis under visible light. Nano Res. Energy 2022, 1(1): e9120006.https://doi.org/10.26599/NRE.2022.9120006.

作为Nano Research姊妹刊，Nano Research Energy (ISSN: 2791-0091; e-ISSN:2790-8119; Official Website:https://www.sciopen.com/journal/2790-8119)于2022年3月由清华大学创办，香港城市大学支春义教授和清华大学曲良体教授共同担任主编。Nano Research Energy是一本国际化的多学科交叉，全英文开放获取期刊，聚焦纳米材料和纳米科学技术在新型能源相关领域的前沿研究与应用，对标国际顶级能源期刊，致力于发表高水平的原创性研究和综述类论文。2023年之前免收APC费用，欢迎各位老师踊跃投稿。