《Adv. Funct. Mater.》：仿生光催化反应器实现太阳能的高效利用与芳香醇的选择性氧化
Biomimetic Solar Photocatalytic Reactor for Selective Oxidation of Aromatic Alcohols with Enhanced Solar-Energy Utilization
Jingjing Qin, Jiahao Li, Kaibin Chu, Guozheng Yang, Leiqian Zhang, Xuemeng Xia, Pengyang Xuan, Xin Chen, Bo Weng, Haowei Huang, Yujie Chen, Wei Fan, YinBo Zhu, HengAn Wu, Feili Lai*, Tianxi Liu*
DOI: 10.1002/adfm.202311214
继首次提出了利用“仿生向日葵”策略制备能够自主捕光的光催化系统（Energy Environ. Sci. 2021, 14, 3931）后，为了进一步解决该类系统光响应缓慢和恢复时间长的问题，并大幅度提高太阳能的利用效率，亟需开发第二代仿生光催化系统。它们应具备快速的光响应性和快速形态恢复的特点，从而提高系统对光照变化的适应能力和阳光捕获能力，以最大化地利用光能。此外，作为仿生光催化系统的另一关键组成部分，光催化剂直接影响光催化反应的效率。ZnIn2S4（ZIS）作为一种具有可调带隙、形态多样和优良光稳定性的典型二维半导体材料，在光催化领域引起了广泛关注。然而，目前的ZIS纳米片在光催化性能上仍面临光生电荷-空穴对易于复合和光吸收波段窄的限制。因此，亟需开发具有高催化活性的光催化剂，并将其应用于第二代仿生太阳能光催化反应器，从而实现光能的高效捕获和利用。
基于此，江南大学化学与材料工程学院刘天西教授课题组开发了一种新型仿生太阳光催化反应器（BSPR），用于高效选择性氧化芳香醇。BSPR由两部分构成：（1）氯掺杂聚吡咯（Cl-PPy）和聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAm）复合制备的光敏智能水凝胶，用于实现系统的趋光过程；（2）PdS/Vs-ZIS纳米复合光催化剂和PNIPAm复合的顶部光催化反应器，用于进行光催化反应。因此，BSPR可以追踪光源从而自动提高光吸收效率，始终保持高催化水平。通过实验和分子动力学（MD）模拟，揭示了Cl-PPy对PNIPAm相变的调节能力，使BSPR具有更快的光响应速率和恢复速率。PdS和S空位的存在可改善ZIS的光生电子-空穴对的分离效率，扩展光吸收光谱，并增强对芳香醇的氧化活性。因此，BSPR在光照下表现出高效的芳香醇光催化氧化能力。该研究为充分利用太阳光光能，从而进行小分子的高效催化提供了一条有效途径。
论文连接：https://doi.org/10.1002/adfm.202311214
