氧空位调控的VO2-Ag纳米复合材料实现温和条件下环己烷高效光催化氧化

针对传统环己烷氧化工艺高能耗、低选择性的问题，研究人员开发了具有氧空位和表面等离子体共振效应的VO2-Ag纳米复合材料。通过构建肖特基异质结(Schottky heterojunction)和局域表面等离子体共振(LSPR)，该催化剂在可见光下实现9.17%环己烷转化率和95.04%KA油选择性，为绿色化学合成提供了新策略。

　　

在绿色化学成为全球共识的背景下，如何实现惰性C-H键的高效活化一直是化学领域的重大挑战。特别是环己烷选择性氧化制备KA油（环己醇/环己酮）的工业过程，传统方法需要高温高压条件，不仅能耗巨大，还容易产生过度氧化副产物。虽然过氧化物可以缓解反应条件，但其高昂成本和安全隐患限制了应用。面对这一困境，开发基于分子氧(O₂)的温和光催化体系成为突破方向。

针对这一科学难题，华南理工大学的研究团队创新性地设计了VO₂-Ag纳米复合材料，相关成果发表在《Molecular Catalysis》。该研究通过精确调控氧空位和金属-半导体界面，首次将VO₂的相变特性与银纳米颗粒(Ag NPs)的等离子体效应相结合，实现了可见光驱动的高效C-H键活化。

研究团队主要采用三项关键技术：1）溶剂热法合成具有可控氧空位的一维VO₂纳米棒；2）原位光还原沉积6-8 nm银纳米颗粒；3）通过电子自旋共振(ESR)和自由基捕获实验鉴定活性物种。这些方法为揭示材料构效关系提供了关键证据。

【Structures and characterization of VO₂-Ag催化剂】部分显示，500-600 nm长的VO₂纳米棒与均匀分布的Ag NPs形成紧密界面，X射线衍射(XRD)证实了单斜相VO₂(M)的成功制备。高分辨透射电镜(HRTEM)观察到0.234 nm的Ag(111)晶面间距，以及VO₂(011)晶面的清晰晶格条纹，证实了异质结构的完整性。

【Conclusion】部分总结指出，该催化剂通过三重协同机制实现突破：1）氧空位优化反应中间体吸附；2）Ag NPs的LSPR效应将光吸收拓展至可见区；3）肖特基势垒抑制了电子-空穴复合。这使得VO₂-Ag₄₀在12小时反应中性能远超纯VO₂，且循环稳定性良好。

这项工作的核心价值在于：首次将VO₂的金属-绝缘体相变特性应用于C-H活化，通过界面工程和缺陷调控的协同设计，为开发新型光催化剂提供了范式。研究不仅解决了KA油生产中的能效问题，其"空位调控-等离子体增强-电荷分离"的三元策略对其它惰性分子活化也具有普适指导意义。正如通讯作者Jincheng Liu强调的，该技术路线易于放大生产，有望推动尼龙产业链的绿色化升级。