近日，化学工程学院生物质化工团队在光催化氧化提质生物质平台分子方面取得创新突破，相关研究成果以“Understanding the Role of Dual Zinc and Indium Vacancies in ZnIn2S4for the Visible-Light-Driven Photocatalytic Air-Oxidation of 5‑Hydroxymethylfurfural”为题发表在催化领域国际权威TOP学术期刊《ACS Catalysis》上。昆明理工大学化学工程学院为论文第一完成单位，学院2022级硕士研究生赵江华为论文第一作者，刘淮副教授和彭林才教授为论文通讯作者。
5-羟甲基糠醛（HMF）是一种重要的生物质基平台化合物，可以通过光催化选择性氧化为附加值更高的2,5-呋喃二甲醛（DFF）。ZnIn2S4（ZIS）作为常见的光催化材料，被广泛应用于该反应，但传统的ZIS基催化剂光催化氧化HMF反应活性较低。通过构筑阳离子缺陷是提高ZIS光催化氧化反应活性的有效方法，但由于阳离子空位形成能较高，有效构建阳离子缺陷充满挑战。
基于此，本研究利用十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）作为辅助剂，开发了一种简单的水热合成方法制备富含阳离子缺陷的ZIS催化剂（ZIS-5）。通过该方式，ZIS-5光催化反应活性显著提高，在可见光照射下，DFF得率可达92.0%，比原始ZIS高出3.6倍，且ZIS-5催化剂具有良好的底物扩展性能，对氧化多种生物质基醇类制备醛类化合物均展现出优异的催化活性。通过结合催化剂表征和密度泛函理论（DFT）计算证实：阳离子缺陷可以调控催化剂的电子结构，增强了催化剂光生载流子的分离和迁移能力，使ZIS-5能够更有效地活化氧气，从而提高HMF的光催化氧化反应活性。该研究为设计缺陷光催化剂以实现生物质平台分子的高效选择性转化提供了新思路。
上述研究工作得到了国家自然科学基金项目、云南省基础研究计划项目等的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acscatal.4c06911
