可见光驱动六方/单斜相WO3氧空位动态稳定化实现苯高效光催化氧化制苯酚

针对金属氧化物光催化剂表面氧空位(OVs)易被反应物氧修复的关键问题，福州大学团队创新性地构建六方/单斜相WO3异质结构，通过降低OVs形成能垒实现反应过程中氧空位的动态再生，在苯选择性氧化制苯酚反应中展现出优异的稳定性和催化活性，为设计长效OVs-rich光催化剂提供了新思路。

　　

在光催化领域，金属氧化物表面的氧空位(Oxygen Vacancies, OVs)作为活性位点可显著提升电荷分离效率和底物活化能力，但其热力学不稳定性导致易被反应体系中的含氧物种修复，成为制约催化剂长效性的关键瓶颈。以经典的单斜相三氧化钨(m-WO₃)为例，其OVs形成能高达0.51 eV，难以在反应过程中维持足够浓度的活性位点。福州大学国家NB防护危害化学重点实验室的研究团队在《Applied Catalysis B: Environment and Energy》发表的研究中，创新性地通过相工程策略解决了这一难题。

研究人员采用X射线衍射(XRD)、准原位紫外可见漫反射光谱(UV-vis-DRS)和电子顺磁共振(EPR)等技术，构建了六方相WO₃(h-WO₃)包覆m-WO₃的异质结构(h/m-WO₃)。通过对比实验发现，这种特殊结构可将OVs形成能降至0.3 eV，在可见光照射下实现氧空位的动态再生。

材料合成与表征
通过控制氟化铵(AF)处理条件，成功制备出h-WO₃厚度可调的异质结构。高角度环形暗场扫描透射电镜(HAADF-STEM)和积分差分相位对比(iDPC)成像证实了h-WO₃纳米层的存在，其(100)晶面间距0.63 nm的特征与XRD结果相互印证。

催化性能研究
在苯选择性氧化制苯酚反应中，h/m-WO₃展现出较纯m-WO₃提升3倍的苯酚产率。原位EPR测试发现，光照条件下h/m-WO₃的OVs信号强度可维持20小时不衰减，而对照组的OVs在4小时内即被完全修复。

机理分析
密度泛函理论计算揭示，h-WO₃的亚稳相特性导致其W-O键长(1.89 ?)较m-WO₃(1.76 ?)更长，降低了晶格氧脱除能垒。同步辐射X射线吸收精细结构(XAFS)证实异质界面处存在电子转移通道，促进光生电子向OVs位点定向迁移。

该研究通过相工程策略实现了光催化过程中氧空位的动态稳定，为设计高效稳定的金属氧化物光催化剂提供了新范式。特别值得注意的是，这种"自修复"型OVs在富氧条件下仍能保持活性，突破了传统OVs-rich催化剂的应用限制，在精细化学品绿色合成、环境污染物降解等领域具有广阔应用前景。研究提出的"降低形成能而非增加初始浓度"的设计理念，对解决其他催化体系的失活问题也具有重要借鉴意义。