Unveiling singlet oxygen spin trapping in catalytic oxidation processes using in situ kinetic EPR analysis

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作者
Jing‐Hang Wu,Fei Chen,Tianhao Yang,Han‐Qing Yu
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:120 (30) 被引量:72
标识
DOI:10.1073/pnas.2305706120
摘要

Singlet oxygen ( 1 O 2 ) plays a pivotal role in numerous catalytic oxidation processes utilized in water purification and chemical synthesis. The spin-trapping method based on electron paramagnetic resonance (EPR) analysis is commonly employed for 1 O 2 detection. However, it is often limited to time-independent acquisition. Recent studies have raised questions about the reliability of the 1 O 2 trapper, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine (TEMP), in various systems. In this study, we introduce a comprehensive, kinetic examination to monitor the spin-trapping process in EPR analysis. The EPR intensity of the trapping product was used as a quantitative measurement to evaluate the concentration of 1 O 2 in aqueous systems. This in situ kinetic study was successfully applied to a classical photocatalytic system with exceptional accuracy. Furthermore, we demonstrated the feasibility of our approach in more intricate 1 O 2 -driven catalytic oxidation processes for water decontamination and elucidated the molecular mechanism of direct TEMP oxidation. This method can avoid the false-positive results associated with the conventional 2D 1 O 2 detection techniques, and provide insights into the reaction mechanisms in 1 O 2 -dominated catalytic oxidation processes. This work underscores the necessity of kinetic studies for spin-trapping EPR analysis, presenting an avenue for a comprehensive exploration of the mechanisms governing catalytic oxidation processes.
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