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摘要
光氧化还原催化转化因其具备绿色、温和、可持续和原子经济性高等方面的优势,近年来被广泛应用于构建有机合成和药物分子骨架.光子被称为绿色“无痕”试剂,可以提供能量进而引发化学反应.光化学过程通常涉及分子分解、分子激发态的重排或发色团激发引起的电子转移(光氧化还原催化)等过程.20世纪80年代,太阳光能作为“绿色化学”的有力工具被用于构建新型分子骨架.随后,可见光被人们广泛应用于有机合成,且陆续有新的研究结果报道.然而,众多研究表明光氧化还原催化中仍然存在一些基本限制.近年来,连续流反应技术成为一种引人注目且功能强大的工具,该技术可以克服间歇反应器在反应过程中存在的局限.连续流反应技术的引入可以有效解决传统有机光化学合成中的许多问题,实现不同类型的光化学转化.本综述系统地分析了传统光化学釜式反应器存在的限制:第一,根据布格-朗伯-比尔定律,传统的光催化反应的透光率随着反应路径长度的增加衰减较为明显.因而在使用较大的间歇式光反应器进行规模化放大实验时,需要增加光照强度来克服光子衰减效应,但容易过度照射反应体系,进而引起反应体系受热不均造成反应效率下降和副产物增多等问题;第二,间歇式的光化学反应装置容易受混合效果的影响,进行非均相反应时往往反应效率不高.总结分析了连续流反应技术解决传统光反应中问题的成功关键在于连续流反应技术具有更好的混合能力、更优的传质传热效率以及更容易规模化放大的优势.基于光催化剂的类型包括传统金属催化剂、有机光催化剂以及非均相光催化剂,对近五年连续流技术在光氧化还原催化转化中的应用进行了分类及讨论.针对不同反应条件包括光催化剂、多相反应和多步骤等体系中连续流反应器的装置材料和光源和溶剂等方面内容,探讨了连续流反应技术在不同的光催化反应中的影响因素以及反应机理.本文还提出了目前微流场技术中仍需要解决的问题:(1)开发更高效的光催化剂;(2)反应过程中固体堵塞及后处理系统的问题;(3)实现大规模生产所需要的变革.在此基础上,对连续流技术在光氧化还原催化转化的研究前景进行了展望,如多步骤连续流以及连续流技术在生物和聚合物材料方面的应用.
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