选择性氧化饱和碳氢化合物制备高附加值产品（如醛、酮和环氧化合物等）是合成化学中最具挑战性的课题之一。由于C(sp3)–H键离解能高，其转化通常需要苛刻的条件（高温和/或压力）和强氧化剂。为了有效地实现这一过程，开发常温常压下的光驱动催化系统具有重要意义。然而sp3 碳氢键具有极高的化学稳定性，现有的光催化体系的电荷分离效率局限了普通条件下碳氢化合物高效光氧化催化反应速率和选择性。光生空穴的密度和活性氧的种类是对反应效率和选择性有重大影响的关键因素。
为了应对这一挑战，分子材料与器件实验室开发了一系列含噻吩的共价三嗪框架有机聚合物，用于高选择性光催化甲苯及其衍生物转化为醛酮。通过原位光谱方法和密度泛函理论计算，证实噻吩单元中的硫原子因产生光生空穴而在底物氧化上发挥了关键作用。设计改变共价三嗪框架中电子供体-电子受体之间间隔单元的长度，调控光生空穴对光催化氧化能力和控制活性氧生成，提高选择性的同时削弱过氧化底物的能力，从而保持高转化率和高选择性。在常温常压、空气氛围下，光催化氧化甲苯和乙苯及其衍生物均具有良好的产率，并通过此光催化剂成功催化合成了神经药物 AMG-579 的前体，展现了其潜在的实用价值。
上述成果日前以“Understanding Hole Generation on Thiophene-based for Covalent Triazine Frameworks the Photocatalytic Selective Oxidation of Toluene”为题发表于《Angewandte Chemie International Edition》上。复旦大学材料科学系2021级博士研究生李思哲为论文第一作者，复旦大学赵岩教授，魏文欣博士，德国马克斯普朗克研究所Calum Ferguson博士为论文共同通讯作者，复旦大学材料科学系为论文第一单位。上述研究得到了国家自然科学基金和博士后科学基金的资助。
文章链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202400101