嵌入式S型BA2PbBr4/MoO3异质结高效催化苄位C(sp3)-H键光氧化反应研究

为解决传统苄位C(sp3)-H键氧化反应条件苛刻、选择性差的问题，研究人员通过构建嵌入式S型BA2PbBr4/MoO3异质结，实现了高效光催化氧化。该设计通过界面内置电场（BEF）促进电荷分离，同时保留强氧化还原能力，苯甲醛产率达5560 μmol g?1 h?1，较纯相催化剂提升2.5倍，为绿色化学合成提供了新策略。

　　

在化工生产中，苄位C(sp³)-H键的选择性氧化是制备醛酮类高附加值化学品的关键步骤，但传统工业方法依赖氯代反应，不仅产生有毒副产物，还存在选择性低、能耗高等问题。光催化技术利用太阳能驱动反应，理论上可大幅降低能耗，但现有催化剂普遍面临电荷复合快、表面反应活性不足的瓶颈。福建师范大学的研究团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表研究，通过创新设计嵌入式S型异质结，成功突破这一技术难题。

研究采用反溶剂法将MoO₃纳米带嵌入BA₂PbBr₄纳米片，构建紧密界面接触。通过X射线衍射（XRD）和电子显微镜（TEM）确认异质结结构，紫外光电子能谱（UPS）验证内置电场形成，结合电化学测试阐明电荷转移机制。

S型异质结的构建与表征
通过能带结构设计，BA₂PbBr₄（导带-1.2 eV）与MoO₃（价带3.1 eV）形成阶梯式能级排列，界面BEF驱动电子-空穴定向分离，空穴氧化能力达2.8 eV，显著高于C-H键解离能（1.5 eV）。

表面反应增强机制
MoO₃的引入使甲苯吸附量提升3倍，原位红外光谱显示Mo=O键优先活化苄位氢，反应活化能降低至45 kJ/mol。

催化性能突破
最优异质结的苯甲醛产率（5560 μmol g^?1 h^?1）是纯BA₂PbBr₄的2.5倍，且对氟/氯/溴代甲苯衍生物均保持>85%选择性。

该研究开创性地将S型异质结策略应用于金属卤化物钙钛矿（MHPs）体系，通过协同优化电荷动力学（载流子寿命延长至23 ns）与表面反应活性，为C-H键绿色功能化提供了普适性方案。论文通讯作者Min-Quan Yang指出，这种嵌入式结构设计可推广至其他有机-无机杂化催化体系，对实现碳中和目标下的绿色化工生产具有重要指导意义。