蒽醌功能化铋基金属有机框架/BiOCl S型异质结增强界面电场实现高效H2 O2 生产

针对光催化H2 O2 生产中电荷分离效率低和界面反应动力学缓慢的难题，研究人员通过蒽醌（AQ）与BiOCl原位衍生的Bi-MOF酰胺键配位，构建了具有强界面电场（IEF）的S型异质结。该BiOCl/Bi-MOF/AQ复合材料实现了1599.76 μmol g?1 h?1 的H2 O2 产率，较单一组分提升8.8-26.1倍，为可持续H2 O2 生产提供了新策略。

　　

在造纸、化工、食品和环境等领域，双氧水（H₂
O₂
）因其多功能性成为战略化学品。然而，工业主流的蒽醌（AQ）法能耗高、污染大，亟需绿色替代方案。光催化技术利用太阳能将H₂
O和O₂
转化为H₂
O₂
，但传统S型异质结（S-scheme）的电荷分离效率不足，限制了其应用。如何通过材料设计增强界面电荷转移，成为突破该技术瓶颈的关键。

曲阜师范大学的研究团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表研究，创新性地将AQ分子通过酰胺键锚定于BiOCl衍生的铋基金属有机框架（Bi-MOF），构建了BiOCl/Bi-MOF/AQ S型异质结。该设计通过Bi³⁺
竞争配位形成原子级紧密界面，同时利用AQ作为O₂
还原中心，实现了界面电场（IEF）强化与电荷分离效率的协同提升。最终复合材料的光催化H₂
O₂
产率达1599.76 μmol g^?1
h^?1
，为BiOCl的8.8倍，且稳定性优异。

关键技术方法
研究采用溶剂热法合成Bi-MOF/AQ，通过X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）验证结构；利用开尔文探针力显微镜（KPFM）和电荷密度差分析表征IEF强度；通过电子顺磁共振（EPR）和自由基捕获实验揭示¹
O₂
主导的反应路径。

研究结果

1. 结构与形貌：XRD证实BiOCl与Bi-MOF的成功复合，AQ通过酰胺键与Bi-MOF的羧基结合（FTIR验证）。透射电镜（TEM）显示BiOCl纳米片与Bi-MOF的紧密界面接触。
2. 光电性能：紫外可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）显示复合材料光吸收边红移；荧光光谱（PL）和电化学阻抗（EIS）表明BiOCl/Bi-MOF/AQ具有最低的电荷复合率。
3. 界面电场增强：KPFM测得异质结界面电势差达0.42 V，电荷密度差计算显示AQ引入后界面电子转移量增加3倍。
4. 反应机制：EPR证实AQ捕获电子生成·O₂
   ^?
   ，进而转化为¹
   O₂
   并最终通过两电子还原生成H₂
   O₂
   。

结论与意义
该工作通过分子工程与界面调控的协同策略，首次将工业催化剂AQ整合到MOF基光催化体系中，不仅解决了传统S型异质结电荷转移效率低的问题，还为设计高效环境能源材料提供了新思路。其提出的¹
O₂
反应路径拓展了光催化H₂
O₂
合成的理论框架，对推动绿色化工发展具有重要实践价值。