氮氧缺陷聚三嗪酰亚胺光催化剂高效选择性氧化苯甲醇的研究

研究人员针对传统醇类氧化方法环境风险高的问题，通过一步熔融盐煅烧法将4,6-二氨基嘧啶共聚物引入三聚氰胺前驱体，成功制备富含氮氧缺陷的聚三嗪酰亚胺（PTI）光催化剂。该催化剂在可见光/氧气条件下实现苯甲醇转化率84.9%、选择性>99%，缺陷结构有效增强光响应并促进超氧自由基生成，为绿色催化提供了新思路。

　　

在精细化工和药物合成领域，将醇类选择性氧化为羰基化合物是制备关键中间体的重要反应。然而传统方法依赖重铬酸钾、高锰酸钾等强氧化剂，不仅产生有毒重金属副产物，还面临反应条件苛刻的问题。光催化氧化技术虽具有环境友好特性，但常用石墨相氮化碳(g-C₃N₄)存在载流子复合率高、光响应范围窄等瓶颈。更令人头疼的是，通过后处理引入缺陷的方法往往步骤繁琐且难以精准调控。

内蒙古科技大学的研究团队独辟蹊径，选择与三聚氰胺结构相似的4,6-二氨基嘧啶作为共聚单体，创新性地采用NaCl/KCl/LiCl熔融盐体系辅助煅烧，成功制备出富含氮氧缺陷的聚三嗪酰亚胺(PTI)光催化剂。这项发表于《Applied Catalysis A: General》的研究，通过缺陷工程策略实现了苯甲醇的高效转化，为绿色催化提供了新范式。

研究主要采用X射线衍射(XRD)分析晶体结构，紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)评估光吸收性能，电子顺磁共振(EPR)检测缺陷位点，并结合光电化学测试验证载流子分离效率。通过对比不同4,6-二氨基嘧啶掺杂比例的样品，系统探究了缺陷浓度与催化活性的构效关系。

Results and discussion
XRD图谱显示随着共聚单体含量增加，(002)晶面衍射峰宽化并向高角度偏移，表明缺陷成功引入导致晶格畸变。UV-Vis显示46DP-10%样品吸收边明显红移，禁带宽度从2.75 eV降至2.58 eV，显著提升可见光捕获能力。EPR在g=2.003处出现强信号，证实氮空位存在；在g=2.007处的信号则归属于吸附氧物种，这些缺陷位点成为催化反应的活性中心。光电测试表明缺陷样品光电流密度提升2.3倍，电荷转移电阻降低68%，证实缺陷工程有效抑制了电子-空穴复合。

Conclusion
该工作通过分子设计在PTI骨架中精准构建氮氧双缺陷，不仅拓宽了光响应范围，更通过吸附氧分子生成超氧自由基(•O₂^-)作为主要活性物种。最优样品46DP-10%在可见光下实现苯甲醇转化率84.9%且选择性>99%，其性能提升可归因于三方面：① 缩小的π共轭体系加速载流子迁移；② 缺陷位点促进氧气活化；③ 熔融盐介质优化了聚合物结晶度。这项研究为开发非金属光催化剂提供了新思路，其"前驱体-共聚物协同缺陷构建"策略可拓展至其他有机半导体材料体系。

值得注意的是，与传统盐酸处理或水热法引入缺陷相比，该熔融盐辅助的一步煅烧法具有工艺简单、缺陷浓度可控的优势。研究团队特别指出，过量的共聚单体会破坏聚合物骨架连续性，导致催化活性下降，这为后续研究提供了重要参考。该成果不仅为醇类选择性氧化提供了高效催化剂，其缺陷调控理念对光电转换、环境修复等领域也具有启发意义。