异相光催化使用半导体材料作为光催化剂，能够以太阳光或人造光源在常温、常压下实现选择性氧化还原、卤化、偶联和环加成等重要有机反应。然而，由于光穿透深度限制，规模化光催化合成难以利用传统釜式反应器实现。流动相微反应器具有最优的吸光和混合效率，且可以避免产物与催化剂的分离步骤，但其高昂的制造成本、催化堵塞风险、及复杂的操作条件仍需要进一步优化。
近日，苏州大学苏韧教授团队与北航潘锋教授团队报道了一种模块化的管式流动相反应系统，其内置可更换的多孔光催化膜，能在循环流和连续流模式下，以高转化率和高选择性实现光催化C-C、C-N偶联和加氢反应。多孔结构的光催化薄膜不仅确保了高效的入射光吸收，还能促进反应物扩散并充分利用光催化剂活性位点。这能够实现光催化C-C、C-N偶联和氢化反应不受反应物浓度限制，以零级反应动力学进行。与此相比，利用常规的釜式反应器进行的光催化反应通常为准一级反应，在低浓度下反应速率变慢，而在高浓度时则会存在反应物影响催化剂吸光的问题。此外，本工作设计的流动相系统在多种反应条件下均具有较高的时空产率及量子效率，具有较好的应用潜力。
以Cu/TiO2及Pd/g-C3N4光催化膜为例，其能在长时间的连续运行过程中保持稳定的光催化性能，并且能偶实现多种底物的克级合成。此外，该模块化系统具有优异的扩展性，能够轻松实现多个模块的串并联，扩大流动相反应系统的规模及复杂度。
进一步，该系统还能够在连续流模式下进行光催化C-C偶联和氢化反应，并体现出较高的时空产率。此外，由于充分的入射光吸收和改善的传质过程，还能够实现完全太阳光驱动的光催化C-N偶联反应。
该工作将多孔光催化膜与模块化设计的管式反应器相结合，实现了高浓度和大体积下一系列的光催化合成化学。该体系还有望应用于光催化卤化、胺化和交叉偶联等反应中，并通过替换管中的填充物，实现更复杂的气-液-固三相光催化反应。
该成果最近发表于Angew. Chem. Int. Ed.，论文的通讯作者是苏州大学2138cn太阳集团古天乐苏韧教授和北航潘锋教授，共一作者是苏州大学硕士研究生李亚娇和博士研究生张东升。本研究工作得到了北京中科合成油技术股份有限公司的大力支持。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202302979