利用生物废弃物衍生的高温碳化碳（HTCC）对Bi?O?Br?纳米花进行改性，以增强其对苄胺的光催化氧化偶联作用

《Inorganic Chemistry Communications》：Modification of Bi 4O 5Br 2 nanoflowers with biowaste-derived HTCC for enhanced photocatalytic oxidative coupling of benzylamines

光催化氧化合成亚胺的新型Bi4O5Br2/HTCC复合催化剂制备及性能研究。采用DMF溶剂无表面活性剂合成Bi4O5Br2纳米花，通过蓝藻生物质热解制备HTCC并构建异质结构，在空气氧化条件下实现苯甲基胺97.52%转化率和97.94%选择性。

　　本文探讨了一种利用光催化氧化偶联方法合成咪唑（imine）的新途径，重点研究了如何通过引入一种新型的碳材料来提升光催化剂的性能。咪唑是一类具有生物活性的含氮有机化合物，在生物、化学和制药合成中扮演着重要角色。传统的合成方法通常依赖于醛或酮的缩合反应，但这些方法存在诸多局限，如反应条件苛刻、副产物多、使用有毒氧化剂等。因此，寻找更环保、更高效的合成路径成为研究热点。光催化氧化偶联技术因其低能耗、温和的反应条件、高原子经济性以及良好的环境兼容性，逐渐成为一种有前景的合成方法。

然而，传统光催化剂材料在实际应用中仍面临一些挑战。例如，二氧化钛（TiO?）具有较大的禁带宽度，导致其对可见光的利用效率较低；硫化镉（CdS）则由于稳定性差而难以长期使用；而其他如氮化碳（C?N?）和MIL-125（Ti）等材料则需要高温或高压的反应环境，这在工业应用中可能增加成本和操作难度。此外，光催化剂的性能不仅取决于其化学组成，还与材料的结构和形貌密切相关。因此，如何调控材料的结构以提升其光催化性能成为研究的关键。

本文中，研究人员通过使用N,N-二甲基甲酰胺（DMF）作为溶剂，不添加表面活性剂，成功制备了具有花状结构的Bi?O?Br?纳米材料。这种材料在可见光下具有较高的光催化活性，但在实际应用中仍存在电子-空穴对快速复合的问题，限制了其性能的进一步提升。为了解决这一问题，研究人员进一步将Bi?O?Br?与一种来源于蓝藻藻类的碳材料——羟基热解碳（HTCC）相结合，通过构建异质结构来优化电子传输过程，提高光生载流子的分离效率。

HTCC是一种具有多呋喃结构的碳材料，其中包含sp2杂化的碳原子，这使得其具有较高的比表面积和良好的化学稳定性。HTCC在环境净化、污染物降解等方面已有广泛应用，但其在光催化氧化偶联反应中的应用仍较为有限。研究团队通过将蓝藻生物质进行水热碳化处理，获得了HTCC材料，并将其用于Bi?O?Br?的改性。实验结果表明，经过优化的Bi?O?Br?/HTCC(5)复合材料在可见光照射下，能够以氧气为氧化剂，实现对苯乙胺的高效氧化偶联反应，其转化率达到97.52%，选择性达到97.94%。这一性能显著优于未改性的Bi?O?Br?和HTCC材料，分别提高了2.1倍和1.5倍。

研究团队在材料制备过程中，采用了绿色化学理念，不仅减少了对有害试剂的依赖，还充分利用了废弃的蓝藻生物质。蓝藻藻类在富营养化湖泊中大量繁殖，往往成为环境污染的重要来源。然而，通过水热碳化处理，这些生物质可以转化为具有高价值的碳材料，从而实现资源的再利用。这种材料的制备方法不仅环保，而且具有较高的经济可行性，为未来的工业应用提供了新的思路。

此外，本文还强调了材料形貌对光催化性能的重要影响。通过调控溶剂和合成条件，研究人员能够制备出具有特定结构的Bi?O?Br?纳米材料，从而提升其在光催化反应中的表现。例如，纳米花状结构能够增加材料的比表面积，促进反应物的吸附和扩散，同时减少电子-空穴对的复合概率，提高光催化效率。这一发现为未来开发高效、稳定的光催化剂提供了理论依据和技术支持。

在材料表征方面，研究团队利用X射线衍射（XRD）分析了Cya-HTCC、未改性的Bi?O?Br?以及Bi?O?Br?/HTCC-x复合材料的晶体结构。结果显示，Cya-HTCC在20.9°和26.6°处的衍射峰对应于二氧化硅（SiO?）的（100）和（011）晶面，表明其可能来源于蓝藻悬浮液中的杂质。这一现象与之前使用蓝藻作为碳源制备HTCC的实验结果一致。通过进一步分析，研究团队确认了HTCC与Bi?O?Br?之间存在显著的相互作用，形成了异质结构，从而有效提升了复合材料的光催化性能。

在实际应用中，Bi?O?Br?/HTCC(5)复合材料表现出优异的反应性能，能够在较短的时间内实现高转化率。这一成果不仅展示了该材料在光催化氧化偶联反应中的潜力，还为开发新型的绿色合成方法提供了参考。通过将传统半导体材料与碳材料结合，研究人员能够构建出具有更高效率的异质结构，从而实现对反应物的高效转化和对目标产物的高选择性。

本研究的创新点在于，不仅成功制备了具有特定形貌的Bi?O?Br?纳米材料，还通过引入HTCC材料，构建了异质结构，从而显著提升了光催化性能。这一方法避免了传统合成过程中对有害试剂和苛刻条件的依赖，同时实现了对废弃蓝藻生物质的高效利用，具有良好的可持续性和环境友好性。此外，研究团队还对材料的结构和性能进行了系统的分析，为后续研究提供了重要的理论支持和实验数据。

总的来说，本文通过结合绿色化学理念和先进的材料合成技术，为光催化氧化偶联反应提供了一种新的解决方案。通过使用DMF作为溶剂，避免了传统方法中对表面活性剂的依赖，同时利用蓝藻生物质制备HTCC材料，实现了资源的再利用。构建的异质结构不仅提升了Bi?O?Br?的光催化性能，还增强了其结构稳定性，使其在可见光下能够高效地进行氧化偶联反应。这一研究为未来的工业应用和环境保护提供了新的思路和方法，具有重要的科学价值和应用前景。