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传统苯甲醇氧化需危险氧化剂且条件苛刻，可见光催化成绿色替代方案。研究人员制备 Z 型异质结光催化剂 N-BiOBr/TiO?-x，发现优化的 NBB/TiO?-6 在可见光下苯甲醇转化率 50.3%、选择性超 99%，为绿色合成提供新路径。
在有机合成领域，传统苯甲醇氧化依赖重铬酸盐、高锰酸盐等危险计量氧化剂，且需高温高压等苛刻条件，不仅污染环境，还存在安全隐患。随着绿色化学理念的兴起，开发温和、环保的催化体系成为迫切需求。可见光驱动的光催化氧化因其利用太阳能、反应条件温和、环境友好等优势，成为替代传统热催化方法的理想选择。然而，常用的 TiO?光催化剂因宽带隙（~3.2 eV）限制，仅能响应紫外光，难以有效利用占太阳光谱 43% 的可见光，极大制约了其实际应用。如何提升光催化剂的可见光响应能力与电荷分离效率，成为该领域亟待突破的关键科学问题。
为解决上述难题，湖南地区研究机构的研究人员开展了一项创新研究，相关成果发表在《Applied Surface Science》。他们通过原位水热法构建了一种新型 Z 型异质结光催化剂 N-BiOBr/TiO?，以硝酸（HNO?）为氮源对 BiOBr 进行掺杂，旨在通过异质结结构设计与元素掺杂协同提升光催化性能，实现可见光下苯甲醇到苯甲醛的高效选择性氧化。
研究中采用的主要关键技术方法包括：水热合成法制备 N-BiOBr/TiO?纳米复合材料；X 射线衍射（XRD）分析晶体结构；通过自由基捕获实验（使用自由基清除剂）验证光催化反应中的活性物种；利用紫外 - 可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）研究光吸收特性；通过光电流响应和电化学阻抗谱（EIS）评估电荷分离效率。
compositional and structural characteristics
XRD 分析表明，TiO?（P25）呈现锐钛矿与金红石混合相，BiOBr 为四方晶相，氮掺杂后 N-BiOBr 的晶型未发生显著改变，说明 HNO?掺杂未破坏 BiOBr 的晶体结构。扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）显示，N-BiOBr 以纳米片形式均匀负载在 TiO?纳米颗粒表面，形成紧密的异质结界面，为电荷转移提供了物理基础。
可见光催化性能评估
在可见光照射下，不同比例的 NBB/TiO?-x 复合材料表现出差异显著的催化活性。其中，优化后的 NBB/TiO?-6 复合材料实现了 50.3% 的苯甲醇转化率，且苯甲醛选择性超过 99%，显著优于单一的 TiO?和 BiOBr。循环稳定性测试显示，催化剂经 5 次循环使用后，活性未见明显下降，证明其具有良好的光稳定性和可重复使用性。
反应机理探究
自由基捕获实验证实，光生电子（e?）、超氧自由基（?O??）和空穴（h?）均参与了苯甲醇氧化反应。结合 Z 型异质结机制，光激发下 N-BiOBr 的光生电子与 TiO?的光生空穴复合，保留了高还原能力的电子（位于 N-BiOBr 的导带）和强氧化能力的空穴（位于 TiO?的价带），从而高效驱动苯甲醇氧化为苯甲醛，同时抑制了过度氧化副反应的发生。理论计算进一步表明，氮掺杂在 BiOBr 的带隙中引入局域态，降低了带隙宽度，增强了可见光吸收能力，协同 Z 型结构提升了电荷分离效率。
研究结论与意义
该研究成功构建了 N-BiOBr/TiO? Z 型异质结光催化剂，通过硝酸掺杂与异质结设计，有效拓宽了光响应范围，提升了电荷分离效率，实现了可见光下苯甲醇的高选择性氧化。这一成果不仅为醇类化合物的绿色合成提供了新的催化体系，也为设计高效异质结光催化剂提供了新思路。Z 型异质结结构在保留强氧化还原能力的同时优化电荷分离的机制，为解决光催化剂活性与选择性平衡问题提供了重要参考。未来，该类材料在精细化工、制药中间体合成等领域具有广阔的应用前景，有望推动绿色化学与可持续化学工艺的发展。
