
选择性氧化反应在现代有机合成中发挥着重要作用。工业上生产醇、醛、酮、环氧化物等有机物主要依赖选择性氧化反应,但是这些过程大多在高温或高压等苛刻条件下进行。光催化和光电催化技术可以在温和条件下,利用光作为能量来源产生具有氧化活性的空穴和含氧自由基,实现不同有机化合物的选择性氧化转化。一般而言,光催化材料的带隙、价带和导带位置显著影响其光吸收以及对于有机物的催化氧化活性和选择性。然而,目前广泛应用的二氧化钛(TiO2)光催化剂拥有较大的带隙导致其只能吸收太阳光谱中仅含5%的紫外光,而且因为较强的氧化活性往往导致其产物的过氧化甚至完全氧化。 作为一种典型的半导体光催化剂,氧化钨(WO3)较窄的带隙(2.5–2.8 eV)使其能够在可见光驱动下实现各种有机物的氧化反应。此外,较深的价带位置使其能能够通过产生空穴和羟基自由基的方式,实现直接或间接地氧化各种有机物。与此同时,较窄的带隙和较深的价带位置使其拥有比氧还原反应更低的电势,从而抑制过氧自由基(·O2–)的形成而造成的非选择性氧化反应,确保WO3具有温和的氧化活性和高选择性。基于此,科研工作者在利用WO3光催化和光电催化选择性氧化有机物的研究中取得了一系列成果。 最近,九州大学汪子孺博士和永长久宽(Einaga Hisahiro)教授总结了近年来利用WO3材料光催化和光电催化氧化有机物的研究进展。首先,讨论了形貌控制、晶面工程、缺陷工程、异质结等有效调控催化剂表面结构的常用策略。其次,详细介绍了WO3材料对光催化和光电催化氧化几类典型有机物(包括醇、甲烷、环己烷、苯等)的研究进展,并分别列举了其对于不同有机物的催化机理和催化性能。最后,提出了WO3光催化和光电催化有机物面临的挑战和前景。该综述意在梳理WO3光催化和光电阳极材料的调控策略及其对不同有机物氧化的催化机理,为设计新型高效有机物氧化的WO3材料提供参考。 论文信息 WO3-based Materials for Photocatalytic and Photoelectrocatalytic Selective Oxidation Reactions Ziru Wang, Prof. Hisahiro Einaga ChemCatChem DOI: 10.1002/cctc.202300723