蒙脱石介导钴掺杂Fe-MOF复合材料：实现高效光驱动苯羟基化的新策略

为解决传统苯酚合成工艺条件苛刻、副产物污染环境的问题，研究人员通过原位复合技术构建了钴掺杂铁基MOF/二维蒙脱石（Fe-Co-MOFs/2D-MMT）异质结光催化剂。该材料通过Co掺杂与MMT负载的协同作用，显著提升了苯羟基化制苯酚的选择性（85.73%）与产率（30.06%），同时展现出优异的稳定性，为绿色催化提供了新思路。

　　

苯酚作为重要的化工中间体，目前主要通过异丙苯法生产，但该方法反应条件严苛且伴随大量丙酮副产物，对环境造成严重威胁。光催化技术因其绿色、低能耗的特性成为替代方案，但现有催化剂存在选择性低、稳定性差等瓶颈。金属有机框架（MOF）材料因其可调控的孔结构和活性位点备受关注，其中铁基MOF（Fe-MOF）凭借自Fenton效应（通过Fe²⁺/Fe³⁺循环产生活性羟基自由基）在光催化领域展现出潜力。然而，单一Fe-MOF活性位点密度有限，且反应条件要求苛刻。与此同时，二维蒙脱石（MMT）因其独特的层状结构、Fenton-like活性和阳离子交换能力，成为功能化载体的理想选择。

为解决上述问题，中原工学院的研究团队开发了一种新型Fe-Co-MOFs/2D-MMT复合材料。该研究通过钴掺杂调控Fe-MOF电子结构，结合MMT的Fenton-like效应与高比表面积特性，实现了苯羟基化制苯酚的高效催化。研究成果发表于《Journal of Catalysis》，为绿色合成苯酚提供了创新性解决方案。

研究团队采用原位复合技术将钴掺杂Fe-MOF负载于剥离的二维MMT上，通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）等技术表征材料结构，并评估其在苯羟基化反应中的性能。实验优化了反应条件，包括光源强度、H₂O₂用量等参数。

材料结构表征
SEM显示钴掺杂使Fe-MOF表面粗糙度显著增加（图1b），比表面积扩大；XRD证实MMT的层状结构有效支撑了Fe-Co-MOF的分散（图1c）。UV-Vis显示复合材料的光吸收范围扩展至可见光区，利于光生载流子分离。

光催化性能
在最佳条件下（30% H₂O₂、可见光照射6小时），苯酚产率达30.06%，选择性85.73%。MMT的Fenton-like效应加速了羟基自由基（·OH）生成，而钴掺杂优化了Fe³⁺/Fe²⁺循环效率。

稳定性测试
经过5次循环实验，催化剂活性仅下降7.2%，XRD显示结构未发生明显变化，证实其优异的稳定性。

该研究成功构建了具有协同效应的Fe-Co-MOFs/2D-MMT光催化体系。钴掺杂不仅增加活性位点，还优化了电子传递路径；MMT则通过提供Fenton-like活性中心和吸附位点，促进反应物富集与自由基生成。这一策略突破了传统MOF催化剂的局限性，为芳香烃绿色转化提供了新范式。研究不仅推动了MOF材料在环境催化中的应用，也为工业化生产苯酚的可持续发展提供了理论依据和技术支撑。