氧介导的非金属光催化：环境条件下多孔氮化碳可持续脱羧合成芳香醛

本研究针对传统金属催化剂在羧酸脱羧氧化反应中存在的成本高、环境不友好等问题，开发了一种绿色简便制备的多孔氮化碳（CM-500）光催化剂。该催化剂在氙灯照射下，实现了对甲氧基苯乙酸高效脱羧氧化为对甲氧基苯甲醛，空气和O2 氛围中产率分别达72%（TOF=9600 μmol/g·h）和83%（TOF=11067 μmol/g·h），揭示了氧气作为氧化剂的关键作用，且催化剂可循环使用5次。该工作为药物合成提供了绿色高效的催化方案。

　　

在药物合成和精细化工领域，将广泛存在的羧酸转化为高附加值醛类化合物具有重要意义。然而传统方法依赖金属催化剂（如Ru、Mn、Ce等）和高温条件，存在成本高、金属残留污染等问题。虽然石墨相氮化碳（g-C₃
N₄
）因其可见光响应和稳定性成为研究热点，但块体材料比表面积低、载流子分离效率差的缺陷限制了其应用。如何通过绿色方法构建高性能非金属光催化剂，成为突破该领域瓶颈的关键。

四川某研究团队在《Sustainable Chemistry and Pharmacy》发表的研究中，通过分子自组装-煅烧法开发了多孔氮化碳CM-500。采用X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、扫描电镜（SEM）等技术表征材料结构，通过紫外-可见漫反射光谱（UV-vis DRS）和电化学测试分析光响应特性，并建立对甲氧基苯乙酸脱羧模型反应评估性能。

Preparation of photocatalyst
通过氰尿酸-三聚氰胺水相自组装形成前驱体，500℃煅烧获得CM-500。表征显示其具有典型g-C₃
N₄
层状结构，且孔径分布优化（BET比表面积达89 m²
/g），为底物接触提供丰富活性位点。

Results and discussion
CM-500在氙灯照射下，3小时内实现对甲氧基苯甲醛的高效合成，O₂
氛围中TOF达11067 μmol/g·h，显著优于文献报道的金属催化剂（如Ru基催化剂需40℃反应4小时，产率仅60%）。机理研究表明：1）光生空穴（h⁺
）直接氧化羧酸生成CO₂
和自由基；2）超氧自由基（O₂
^·-
）捕获自由基形成醛类；3）氧气浓度决定反应速率，证实其作为"氧化剂库"的作用。

Conclusions
该研究创新性在于：1）开发无模板绿色合成法，避免传统NH₄
F蚀刻步骤；2）阐明非金属催化体系中氧气的双功能作用（电子受体与自由基捕获剂）；3）催化剂循环5次后活性保持90%以上，为药物绿色合成提供新策略。相比Murugesan等需SiO₂
模板的mpg-CN，该方法更简便环保，且TOF提高近3倍。

这项工作的意义不仅在于创制高性能催化剂，更揭示了非金属材料在氧介导反应中的独特机制，为设计可持续催化体系提供了范式。未来通过调控孔道结构和表面修饰，有望进一步拓展其在C-H键活化等领域的应用。