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催化科学为人类文明的发展贡献了巨大的力量,创造了丰富的物质财富。但随着环境与能源危机的日益凸显,苛刻的催化工艺环境与可持续发展的理念已不相适应。因此在环境友好的条件下开发出仍能保持较高活性的催化剂,是各国催化科学工作者长期以来的奋斗目标。本文设计并合成出了两种新型复合型含硫氮杂钴卟啉催化剂,并将其应用于催化氧化生物质平台分子5-羟甲基糠醛(HMF)。实验结果表明,将顺/反式含硫氮杂钴卟啉负载于两性载体三氧化二铝时,可以在常温常压条件下以空气中的氧气为氧化剂选择性氧化HMF,其产物主要有为5-甲酰基-2-呋喃甲酸(FFCA)、2,5-二甲酰基呋喃(DFF)、2,5-呋喃二甲酸(FDCA)。其中顺式含硫氮杂钴卟啉负载的光催化剂可以在碱性条件下得到了产率为73.4%的2,5-呋喃二甲酸(FDCA)。为了进一步的探究其作用机制,首先,我们利用了量子化学计算的相关方法揭示出含硫氮杂卟啉的对称程度、硫元素的类型都会对其光催化活性产生影响。其次,量子化学理论计算结果表明含硫氮杂钴卟啉的光催化活性位点主要位于中心金属钴离子上。再次硫原子也有利于提高卟啉类化合物的光催化活性,其中巯基硫的作用大于噻英硫。基于我们课题组的前期研究成果,设计并合成出了一种类石墨相氮化碳担载八正丁巯基氮杂钴卟啉的光催化剂,并将其应用于在仿生条件下光催化氧化HMF。利用调变反应体系酸碱度等手段,可以在酸性环境下高选择性的得到精细化工大宗产品DFF(产率72.2%),而在碱性条件下则能高选择性的得到另一种精细化工产品FDCA(产率96.1%)。催化剂稳定实验表明,经过5次循环实验后,催化剂的产物选择性保持不变,但底物的转化率有所降低。之后利用一系列的机理性实验证实氮化碳担载八正丁巯基氮杂钴卟啉催化剂的光催化过程遵从能量传递过程。这一结果为进一步设计出高活性的卟啉类复合型仿生催化剂提供了一定的理论指导。