通过超薄多孔ZnO纳米片中聚集氧空位实现苯酚光催化生成二羟基苯

摘要： 作为一种节能且环保的方法，太阳能驱动的光氧化催化合成有机化学品已受到广泛关注，但在开发高效光催化剂材料方面仍面临巨大挑战。二维材料工程和光催化剂表面缺陷工程均为提高催化活性提供了有效策略。受此启发，我们基于光催化氧化过程，设计并合成了具有丰富氧空位的超薄多孔ZnO纳米片，专门用于生产二羟基苯。采用多种有效表征手段解析了所得模型催化剂的结构特征，结果表明所得ZnO片层平均厚度为3 nm，并具有丰富的表面多孔性，从而形成丰富的氧空位。这种结构通过材料设计产生协同效应，既能增强光学吸收，又能提高光生载流子的传输速率。正如预期，这种特殊的超薄ZnO纳米片在苯酚氧化为二羟基苯的反应中表现出显著提升的光催化活性（转化率达31.5%，二羟基苯选择性近76.7%），其转化率和选择性分别比氧空位较少的同类材料和块体ZnO高出近3倍和4倍。值得注意的是，该催化剂在五次循环使用中均未出现活性损失，表现出持久的催化性能。最后，通过对照清除剂实验提出了可行的氧化机理并得到验证。本研究为设计高性能光催化材料提供了新的参考。