金修饰含氧空位Bi2WO6光催化高效选择性氧化苯甲醇的机制研究

针对传统苯甲醇氧化法高能耗、低选择性的问题，研究人员通过水热法和硼氢化钠还原法制备了含氧空位的Bi2WO6-Ov负载金纳米颗粒（2 wt% Au/BWO-Ov）催化剂。该材料利用氧空位（Ov）作为电子传输桥梁和金纳米颗粒（Au NPs）作为路易斯酸位点，显著提升光生载流子分离效率，实现苯甲醇转化率93.8%和苯甲醛选择性82.1%，性能较未修饰材料提升近10倍，为绿色有机合成提供了新策略。

　　

论文解读

在精细化工和药物合成领域，苯甲醛作为关键中间体的绿色制备一直是研究热点。传统化学氧化法依赖高温高压条件，且面临催化剂成本高、产物分离困难等问题。尽管1972年TiO₂光催化分解水的发现为清洁能源转化开辟了新途径，但如何实现有机分子在温和条件下的高效选择性氧化仍是巨大挑战。特别是苯甲醇（BA）氧化过程中易因过度氧化生成苯甲酸，导致目标产物苯甲醛选择性下降。

内蒙古的研究团队在《Applied Catalysis A: General》发表的研究中，创新性地将贵金属修饰与缺陷工程结合，设计出金负载含氧空位Bi₂WO₆（Au/BWO-Ov）复合催化剂。通过水热法制备Bi₂WO₆-Ov前驱体，再以硼氢化钠还原法负载2 wt%金纳米颗粒，最终材料在可见光下实现苯甲醇93.8%转化率和82.1%苯甲醛选择性，性能较未修饰Bi₂WO₆-Ov提升近10倍。

关键技术方法
研究采用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、紫外-可见漫反射光谱（UV-vis DRS）等表征材料结构；通过光致发光光谱（PL）和电化学测试（PEC）分析载流子行为；结合密度泛函理论（DFT）计算阐明氧空位（Ov）与金纳米颗粒（Au NPs）的协同机制；利用电子顺磁共振（ESR）和活性物种捕获实验验证反应机理。

研究结果

1. 结构分析：XRD显示氧空位未改变Bi₂WO₆晶型（PDF#73-1126），XPS证实Au⁰的存在和Ov诱导的电子局域化。
2. 光学性质：UV-vis DRS表明2 wt% Au/BWO-Ov可见光吸收边红移至495 nm，PL强度降低说明载流子复合被抑制。
3. 催化性能：最优样品在6小时反应中转化率达93.8%，选择性82.1%，副产物苯甲酸和苯甲酸苄酯源于过度氧化。
4. 机制阐释：DFT计算揭示Ov作为电子桥梁将Bi₂WO₆导带电子转移至Au NPs，形成路易斯酸碱对（Au为酸位点，Ov为碱位点），促进BA吸附活化。

结论与意义
该研究通过构建Au-Ov双活性中心，首次阐明氧空位在光催化有机氧化反应中的电子桥梁作用。Bi₂WO₆层状结构中(Bi₂O₂)²⁺/(WO₄)^2-交替排列的特性为Ov生成提供理想载体，而Au NPs通过肖特基势垒进一步提升电荷分离效率。这项工作不仅为设计高效光催化剂提供新思路，也为理解金属-半导体界面电荷传输机制提供了实验与理论依据，推动绿色合成技术发展。