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近日,化學工程學院生物質化工團隊在新型光催化材料設計并用于生物質平臺分子光氧化升級方面取得重要研究進展,相關研究成果以“Synergetic Effect of Heterojunction and Sulfur Vacancy on ZnIn2S4/CeO2 to Enhance the Photocatalytic Performance of 5‐Hydroxymethylfurfural into 2,5‐Diformylfuran”為題發表在材料科學領域國際權威TOP學術期刊《Advanced Functional Materials》(IF=18.5)上。昆明理工大學化學工程學院為論文第一完成單位,學院2023級博士研究生王玥為論文第一作者,張俊華教授為論文通訊作者。通過光催化將可再生木質纖維素生物質催化升級為高附加值化學品是實現“碳中和”的一種高度環保可持續的方法。在選擇性光氧化5-羥甲基糠醛(HMF)制備2,5-呋喃二甲醛(DFF)過程中,光生載流子的高效分離和活性氧物種超氧自由基(·O2-)的快速生成是提高光催化劑性能的關鍵。異質結和缺陷構建被認為是提高半導體光催化活性的有效策略。
基于此,該研究通過一步水熱法構建ZnIn2S4/CeO2異質結并精準調控硫空位濃度,成功實現HMF向DFF的高效光催化轉化,在室溫空氣條件下80 min實現HMF全轉化,DFF選擇性為96.1%,產率高達952.6 µmol g-1 h-1,優于已有報道的光催化劑。有趣的是,即使在高HMF濃度(100 mM)條件下,其性能仍然顯著(HMF轉化率83.0%,DFF得率96.3%)。實驗和理論研究表明,硫空位和S型異質結的協同作用促進了光載流子的分離和氧的活化,顯著促進了·O2-的產生,從而促進光催化氧化反應。該研究為從生物質分子中生產高附加值化學品的高效光催化劑的開發提供了見解。上述研究工作得到了國家自然科學基金、云南省科技廳昆明理工大學“雙一流”創建聯合專項重點項目以及云南省興滇英才支持計劃青年人才項目的資助。 論文鏈接:https://doi.org/10.1002/adfm.202415842 |