论文奖励丨一束光，两份收获：苯甲醇制苯甲醛与氢气联产的铂助催化策略——陕西科技大学李伟课题组取得新成果

热烈祝贺陕西科技大学李伟课题组在生物质醇增值转化与绿色制氢领域取得重要进展！相关成果发表于 Applied Catalysis B: Environment and Energy。该研究通过 Pt 助催化调控 MoS₂/TiO₂ 激子动力学与界面电子转移，实现苯甲醇到苯甲醛增值转化与 H₂ 联产，并构建出稳定高效的 PVDF 柔性杂化膜。

第一作者：崔荣霞 硕士研究生

通讯作者：李伟 教授

发表期刊：Applied Catalysis B: Environment and Energy

影响因子(IF):21.1

实验方向：光催化苯甲醇氧化协同产氢

发表单位：陕西科技大学化学与化工学院李伟课题组

MC-SPB10

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近年来，太阳能制氢（STH）转化技术因其清洁生产、低成本、操作简单等优点在能源材料领域引起了广泛关注，因此开发高性能可见光响应光催化剂是该领域的研究重点。二硫化钼（MoS₂）作为一种重要的过渡金属硫化物，因其优异的光电性质在光电催化材料的制备中得到了深入研究。特别是其1T相晶体结构由于有效活性位点的暴露而具有优异的光电活性。然而，1T相MoS₂在活化状态下极不稳定，难以实现持久催化。构建协同异质结可以为MoS₂体相中的光激发分离和转移提供有效的库仑驱动力，在增强1T相稳定性的同时获得更高效的光活性。此外，光驱动水分解制氢通常依赖于添加牺牲剂来淬灭光生空穴并阻碍光激发复合，从而获得更高的H₂生产效率。然而，使用高价值牺牲剂（如三乙醇胺、甲醇、甘油等）因增加生产成本而备受争议，不符合低价值投入和高价值产出的生产理念。因此，开发可持续的STH转化技术是推动其实际应用的首要任务。

依赖于高价值牺牲剂的太阳能制氢（STH）转化技术因其不经济的生产模式而备受争议，因此应开发可持续的STH转化技术。生物质化学品的增值转化与H₂联产是一种潜在的候选方案。本文在异质结构MoS₂/TiO₂光催化剂上负载Pt纳米助催化剂，以提高光子捕获能力并促进光激发分离，加速的MoS₂向TiO₂和TiO₂向Pt电子转移显著抑制了光激发复合，从而获得更高的利用效率。在模拟太阳光照射下实现了苯甲醇（BA）向苯甲醛（BAD）的增值转化和显著增强的H₂联产，采用负载Pt助催化剂的MoS₂/TiO₂复合催化剂获得了优异的产物生成速率，其中BAD和H₂的生成速率分别为3.01 mmol g⁻¹ h⁻¹和0.56 mmol g⁻¹ h⁻¹。GC-MS分析和同位素示踪技术证明了BA向BAD的成功转化并揭示了协同催化机制。此外，作者基于优化的无机催化剂进一步通过静电纺丝法制备了可循环使用的PVDF网络化柔性复合膜，仍表现出优异的光催化活性，产物生成速率分别为R_BAD=6.75mmol⋅m⁻²⋅h^-1和R_H2=2.26mmol⋅m⁻²⋅h^-1，极大地克服了粉末光催化剂回收和再利用难的缺点。同时，该柔性复合膜在长期光照下保持了稳定的BAD和H₂生成速率，证实了其优异的稳定性及耐久性。本研究为生物质醇利用和绿色H₂生产提出了一种有吸引力且环保的策略。

图1(a)所示，水热合成MoS₂微球后将其加入TiO₂前驱体溶液中，通过低温（100°C）水热技术制备MoS₂/TiO₂复合材料，通过调节Ti(OBu)₄用量精确调控组装在MoS₂表面的TiO₂含量。随后，通过表面吸附及随后化学还原将Pt纳米催化剂成功锚定在MoS₂/TiO₂复合材料表面，制备MSTP复合光催化剂。通过调节K₂PtCl₆用量可精确调控Pt纳米助催化剂在=MST-3复合材料表面的负载量，采用ICP-MS技术进一步测定Pt纳米催化剂的实际负载量。

图3.(a,b) MoS₂微球、TiO₂ 纳米颗粒、MST-3和MSTP_4.52%复合光催化剂在添加TEOA条件下的产氢性能。(c) MSTP_4.52%复合光催化剂在不同BA体积（1-5mL）下的R_H2和R_BAD。(d) MSTP_4.52%复合光催化剂在不同光照时段（1-6h）的H₂和BAD产量。(e,f) MSTP_4.52%复合光催化剂催化反应体系在模拟太阳光照射4h后提取有机相的GC-MS数据。

图5. (a) 纯PVDF膜和(b-f)不同MSTP_4.52%复合光催化剂质量（0.1 g-0.5 g）的PMSTP复合膜的SEM图像。(g) PMSTP_0.4复合膜的HAADF图像和EDX映射。图a-f的插图为相应的局部放大图。

图7. (a) 同位素示踪实验装置。(b) C₁₀H₇CHCH₂加氢产物的GC-MS数据。(c) C₁₀H₇CHCH₂的加氢产物。(d) BA向BAD氧化和H₂联产的协同催化机制。