磷掺杂C3N4负载Fe-Ni-MOF异质结：高效光催化苯选择性羟基化合成苯酚的新策略

本研究针对传统苯酚合成方法能耗高、污染大的问题，开发了Fe-Ni-MOF/P-C3N4异质结光催化剂。通过原位复合技术构建的该材料在可见光下实现苯羟基化反应，获得27.62%收率和95.40%选择性，兼具光催化与类芬顿反应协同效应，为绿色合成苯酚提供了新思路。

　　

苯酚作为重要的化工原料，全球年产量超千万吨，但其主流生产工艺——异丙苯法存在高能耗、三废排放等问题。如何在温和条件下实现苯酚绿色合成，成为化学工业可持续发展的关键挑战。光催化技术因其利用太阳能驱动的特性备受关注，但现有体系普遍存在转化效率低、氧化剂利用率不足等瓶颈。

中原工学院的研究团队在《Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry》发表研究，创新性地将双金属Fe-Ni-MOF与磷掺杂石墨相氮化碳(P-C₃N₄)复合，构建了具有双重催化功能的异质结材料。该工作通过SEM、XRD、XPS等技术证实了材料的成功制备，其独特的结构设计既保留了MOF的多孔特性（比表面积达1000-5000 m²/g），又利用P-C₃N₄的优异载流子传输能力，实现了光生电子-空穴对的高效分离。

【关键技术方法】
研究采用溶剂热法合成Fe-Ni-MOF，通过高温煅烧制备P-C₃N₄基底，采用原位复合工艺构建异质结。利用SEM观测到2μm的规则八面体形貌，XRD证实了晶相结构，XPS分析了元素化学态。光催化测试在可见光反应器中进行，以H₂O₂为氧化剂，通过HPLC定量产物。

【研究结果】

1. 材料表征：SEM显示Fe-Ni-MOF呈典型八面体结构，P-C₃N₄呈现层状形貌，复合后二者紧密接触。XPS证实P成功掺入C₃N₄晶格，Fe²⁺/Fe³⁺氧化还原对的存在为类芬顿反应奠定基础。

2. 催化性能：优化后的Fe-Ni-MOF/P-C₃N₄-15%催化剂在可见光下实现27.62%苯酚收率，选择性高达95.40%，较单一组分提升显著。同位素标记实验证实羟基来源于H₂O₂分解。

3. 机理分析：Z型异质结促进电荷分离，Fe-Ni双金属中心协同催化H₂O₂分解产生·OH自由基，P掺杂拓宽了光响应范围至550nm。

4. 稳定性测试：循环使用5次后活性保持90%以上，XRD显示晶体结构未破坏，表明材料具有工业应用潜力。

【结论与意义】
该研究开创性地将MOF材料与半导体光催化剂复合，构建了光催化-类芬顿协同体系。Fe-Ni-MOF提供丰富活性位点和反应空间，P-C₃N₄增强光吸收并抑制电荷复合，二者协同作用突破了传统苯酚合成技术的局限。相较于Pan等报道的MOF(Fe)/FeS体系（用于四环素降解）和Kampouri等开发的MOF/MOF异质结（光解水制氢），本工作首次将该策略应用于芳香烃C-H键活化领域，为绿色化工提供了新范式。研究获得河南省教育厅重点项目（24A150048）等资助，其技术路线对实现"双碳"目标下的化学工业转型具有重要参考价值。