[发明专利]一种木质素模型化合物降解的方法和上转换催化剂

说明书

本发明提供了一种用于木质素模型化合物降解的三线态‑三线态湮灭上转换光催化剂，由敏化剂和发射剂组成，所述敏化剂是带有给电子基团的卟啉钯。本申请以三线态敏化剂与苝组成上转换对，用于催化木质素模型分子的降解反应，首次采用TTA‑UC催化剂作为木质素模型分子降解的光催化剂，拓展了TTA‑UC在光催化氧化还原反应方面的应用；优化设计的三线态敏化剂有效地避免了由于反应中强给电子牺牲剂的存在而导致的额外电子转移过程，从而使得上转换过程能够顺利进行；利用TTA‑UC催化剂以大于510nm的光作为光源，有效避免了产物的进一步分解，提升了产物的选择性；另外，TTA‑UC催化剂的使用可以提高太阳光谱的利用效率。

技术领域

本发明涉及有机分子光催化领域，尤其涉及一种木质素模型化合物降解的方法和上转换催化剂。

背景技术

光子上转换是一种新兴的光子调制技术，可以将长波长的光转换为能量更高的短波长的光。三线态-三线态湮灭上转换(TTA-UC)是一种具有可调激发、发射波长和具有高上转换效率的光子上转换技术。TTA-UC包括三线态敏化剂和三线态受体(也作为三线态湮灭剂、荧光发射剂)；具体的机理是敏化剂吸收激发光到达单线态，随后通过系间窜越生成三线态；然后，敏化剂与受体之间发生三线态-三线态能量传递，生成受体的三线态；最终，两个相邻的三线态受体分子通过碰撞形成一个处于单线态的受体分子和另一个处于基态的受体分子，单线态受体分子发出荧光，回到基态。TTA-UC可以在低激发强度(例如太阳光)下实现高的效率。因此，TTA-UC广泛地应用于各种研究领域。

开发TTA-UC在光氧化还原反应中的应用是光子上转换的最重要和最活跃的研究领域之一。然而，要想将TTA-UC应用于氧化还原反应中，敏化剂和受体必须满足一下条件：首先，TTA-UC中发射剂的发射光谱与光氧化还原反应中反应物的吸收光谱具有一定的重叠；其次，TTA-UC的敏化剂和发射剂应足够稳定，以抵抗反应中与牺牲剂之间额外的光诱导电子转移和能量转移。因此，敏化剂和发射剂需要针对TTA-UC在其他新的光氧化还原反应中的应用进行优化设计。不幸的是，如何将新型的TTA-UC系统与新的光氧化还原反应进行有效串联的方法尚未得到研究和详细阐述。

通过光氧化还原催化从木质素中提取高价值产品是至关重要的。常用的催化剂包括半导体(如TiO₂)和过渡金属光催化剂。半导体催化剂需要用紫外光激发，而木质素同样在紫外区具有吸收，这将导致一些不可避免的副反应，从而降低反应的选择性。而过渡金属光催化剂是有毒的，带来潜在的环境危害。第一种不含金属的有机光催化剂苝二酰亚胺在可见光催化下可以用于氧化木质素的解聚，并获得了高的降解效率和高选择性。说明利用低能量的光去催化降解木质素可以提高产物的选择性。那么通过TTA-UC光催化剂来利用长波长的光去催化该反应，应该也能起到同样的效果。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种用于木质素模型化合物降解的三线态-三线态湮灭上转换光催化剂，该催化剂具有较好的催化效果、产物选择性。

有鉴于此，本申请提供了一种用于木质素模型化合物降解的三线态-三线态湮灭上转换光催化剂，由敏化剂和发射剂组成，所述敏化剂是带有给电子基团的卟啉钯。

优选的，所述给电子基团为N，N-二乙基胺。

优选的，所述发射剂为苝。

优选的，所述敏化剂和所述发射剂的摩尔比为1:5～1:20。

本申请还提供了一种木质素模型化合物的降解方法，包括以下步骤：

将木质素模型分子、敏化剂和发射剂在除氧的有机溶剂中混合，在光源的照射下反应；所述敏化剂是带有给电子基团的卟啉钯。

优选的，所述混合的试剂还包括牺牲剂，所述牺牲剂选自N，N-二异丙基乙胺和甲酸。

优选的，所述有机溶剂选自N，N-二甲基甲酰胺和乙腈中的一种或两种。