共轭双环聚苯并噁嗪微球作为过氧化氢（H2O2）生成的光催化剂

《ChemCatChem》：Conjugated Bicyclic Polybenzoxazine Microspheres as Photocatalysts for Hydrogen Peroxide (H2O2) Production

氢氧化过氧化氢的光催化制备新方法。通过Mannich反应合成苯并恶嗪并经聚合、球磨制得微米级催化剂Micro-PBZ，在可见光下O2饱和水溶液中实现86.39 μmol·h?1的高产率，11次循环稳定性良好。DFT计算表明其共轭结构、 tertiary胺基团及π-π堆积促进电荷分离和O2活化，抗水解源于高交联密度和氢键网络。为可持续H2O2生产提供新策略。

　　

摘要

过氧化氢（H₂O₂）是一种重要的化学物质，但其通过蒽醌法工业生产存在能耗高、环境污染和碳排放等问题。利用水和氧气作为原料，在无牺牲剂的情况下，通过光驱动的光催化H₂O₂合成方法成为一种有前景的替代方案。在本研究中，我们首先通过Mannich反应合成了共轭双环苯并恶嗪（BZ），随后通过热环-opening聚合反应得到了交联的聚苯并恶嗪（PBZ），并将其通过石英球磨机研磨成微米级颗粒（称为Micro-PBZ）。作为光催化剂，Micro-PBZ在可见光（λ > 420 nm）和O₂饱和的水中表现出高效且稳定的H₂O₂生成能力，产率为86.39 μmol·h^?1，经过11次循环后产率仍保持在380–410 μmol范围内。通过密度泛函理论（DFT）计算进行的机理研究表明，Micro-PBZ中的共轭结构、三级胺基以及π–π堆叠相互作用促进了光生电荷分离、O₂吸附/活化以及逐步的质子化/电子转移，最终促进了H₂O₂的形成。此外，Micro-PBZ还具有优异的水解抗性和长期稳定性，这归因于其不含可水解的功能基团、高交联密度以及分子间的氢键。这项工作为设计高效的有机光催化剂以实现可持续的H₂O₂合成提供了新的思路。

图形摘要

共轭双环聚苯并恶嗪微球（Micro-PBZ）通过Mannich反应、热环-opening聚合和球磨法制备。它们在无牺牲剂的情况下能够在可见光下高效稳定地生成H₂O₂，这得益于其共轭结构和三级胺基对电荷分离及O₂活化的促进作用。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可在本文的补充材料中找到。