AgIn5S8@Zn2In2S5无缝异质结构实现苯甲醇选择性光催化合成氢化安息香

研究人员针对光催化苯甲醇（BA）转化中产物选择性低的问题，设计了一种AgIn5S8@Zn2In2S5（AIS@ZIS）无缝异质结构。该材料通过II型半导体异质结高效分离光生载流子（e-/h+），将反应位点切换至AgIn5S8表面，显著提升氢化安息香（HB）选择性（>80%）和转化效率（>90%），表观量子产率达4.89%。该研究为绿色C-C偶联反应提供了新策略。

　　

在绿色化学领域，如何通过太阳能驱动有机分子高效转化为高附加值产物一直是研究热点。苯甲醇（BA）的光催化转化因其可同步产生氢气和C-C偶联产物（如氢化安息香HB、苯偶姻BZ等）而备受关注。然而，现有光催化剂普遍面临两大难题：一是产物选择性差，HB易被过度氧化为BZ或脱氧苯偶姻（DOB）；二是光生载流子复合率高，导致表观量子产率（AQY）不足1%，反应需长达20小时以上。这些问题严重制约了该技术的实际应用。

针对上述挑战，南京大学的研究团队在《Applied Catalysis B: Environment and Energy》发表研究，提出了一种AgIn₅S₈@Zn₂In₂S₅（AIS@ZIS）无缝异质结构。该材料通过独特的界面工程实现了HB选择性超过80%、BA转化率超90%，AQY提升至4.89%（420±20 nm波长下），为绿色有机合成提供了新思路。

关键技术方法
研究采用低温回流法一步合成AIS@ZIS异质结构，通过X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）确认其晶体取向关系（AIS (100) || ZIS (001)）。结合紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）和电化学测试分析能带结构，利用同步辐射光源（NSRL和SSRF）表征界面电子转移。理论计算采用密度泛函理论（DFT）模拟反应路径能垒，实验验证通过气相色谱（GC）定量产物分布。

研究结果

1. 异质结构的形成
TEM显示AIS纳米颗粒均匀锚定在ZIS纳米片表面，XRD证实两相共存。选区电子衍射（SAED）表明界面为无缝连接，这种结构有利于光生电子从ZIS传导至AIS，空穴则反向迁移，实现载流子高效分离。

2. 选择性调控机制
DFT计算发现，AIS (100)表面对HB形成的能垒（1.2 eV）低于ZIS (001)表面（1.8 eV），且HB在AIS表面氧化能垒提高0.5 eV。实验证实AIS@ZIS中HB选择性达82.3%，而纯ZIS仅产生43.1% HB，副产物BZ和DOB显著减少。

3. 光催化性能
在可见光下，AIS@ZIS的BA转化率比纯ZIS提高2.3倍，AQY达4.89%，是文献报道值的5倍以上。同位素标记实验证明氢气完全来源于BA的α-C-H键断裂，符合脱氢偶联机制。

结论与意义
该研究通过构建AIS@ZIS无缝异质结，首次实现了光催化BA高选择性转化为HB。其核心创新在于：① II型异质结（type-II heterojunction）定向分离载流子；② AIS表面特性抑制HB过度氧化；③ 界面原子级匹配降低载流子复合率。这不仅为C-C偶联反应提供了高效催化剂设计范式，也为理解异质界面调控反应选择性的机制提供了新视角。未来可通过拓展此类异质结构至其他有机转化体系，推动太阳能驱动的绿色合成工业化进程。