木质空间限域木质素作为Cu2O敏化剂：光催化性能增强机制与生物质高值化应用研究

本研究创新性地利用木材中空间限域木质素的磷光发射特性，通过脱甲基化原位改性策略构建了木质素敏化Cu2O的稳定异质结构。实验证实该设计使Cu2O光催化效率提升23.08倍，为生物质资源高值化应用及新型光催化剂开发提供了新范式。

　　

Highlight

Experimental materials

木材块（杨木）购自本地市场（中国哈尔滨），切割为0.5×0.5×1 cm³尺寸。溴化亚铜（CuBr）、溴化钠（NaBr）和磷酸钠（Na₃PO₄）为分析纯，购自上海麦克林生化科技有限公司。硼氢化钠（NaBH₄）、次氯酸钠（NaClO）和4-硝基酚为分析纯，购自Sigma-Aldrich。乙醇（99%）、乙酸（95%）和甲醇（95%）等溶剂均采用标准试剂纯度。

Results and discussion

通过原位液相沉淀法将Cu₂O负载于不同载体后获得光催化剂。图1展示了Cu₂O在天然木材（NW）、脱木质素木材（LW）和脱甲基化木材（MW）上的扫描电镜图像，分别呈现Cu₂O-NW（图1a）、Cu₂O-LW（图1b）和Cu₂O-MW（图1c）的微观形貌。样品显微结构显示，Cu₂O在Cu₂O-NW和Cu₂O-LW上均存在团聚现象，且颗粒尺寸分布不均，填充于木材内外孔隙中。值得注意的是，Cu₂O-MW中的Cu₂O分布更为均匀，表明脱甲基化处理显著改善了木质素与Cu₂O的螯合作用，形成了稳定的异质界面结构。

Conclusions

本文通过磷光光谱和磷光寿命测试揭示了木材空间限域木质素的磷光发射特性。采用原位液相沉淀法将Cu₂O负载于NW、LW、MW和酶解木质素（EHL）制备系列光催化剂，通过计算单位质量Cu₂O对4-硝基酚（4-NP）的催化还原速率常数，评估了不同载体对Cu₂O光催化性能的影响。研究结果表明，木材空间限域木质素的敏化效应与稳定异质结构的协同作用，使Cu₂O光催化效率提升达23.08倍，为木质素高值化利用及新型光催化剂设计提供了重要理论依据。