纳米人

ACS Catalysis：通过d带中心工程调控PtCo/g-C3N4光催化HMF氧化中的活性与选择性

云深
2026-09-02


图片.png

全文概要

海南大学宋玉洁、时应章与浙江大学傅杰等研究团队提出了一种通过d带中心工程构建PtCo合金修饰g-C₃N₄光催化剂（PtCo/CN）的策略，用以解决5-羟甲基糠醛（HMF）光催化氧化为2,5-二甲酰基呋喃（DFF）过程中活性与选择性难以兼得的矛盾。Co的引入使Pt的d带中心下移0.33 eV，削弱了Pt-ODFF吸附强度，促进了DFF脱附；同时，Co-N与Pt-Co界面通道调控了载流子动力学，抑制了过量活性氧物种（ROS）的生成。最优催化剂Pt₀.₂₅Co₀.₂₅/CN在可见光、常温常压下实现了91.7%的HMF转化率和90%的DFF选择性。

本文要点

  1. 理论设计与结构表征：DFT计算表明，Co合金化使Pt d带中心下移，减弱DFF在Pt上的吸附能（从-1.02 eV降至-0.38 eV）。XRD、HAADF-STEM及XPS证实了PtCo合金的形成及Co-N界面键的存在，XAFS进一步揭示了Pt-Co配位与电荷重新分配。

  2. 催化性能：最优Pt₀.₂₅Co₀.₂₅/CN催化剂在可见光（400 nm）照射5 h下，HMF转化率达91.7%，DFF选择性为90%，远优于Pt/CN（转化率92.1%，选择性53.1%）。循环实验及放大反应（50 mL体系）均证实了催化剂的稳定性与潜在应用性。

  3. 载流子动力学调控：飞秒瞬态吸收光谱（fs-TAS）显示，PtCo合金的构建引入了额外的电子传输通道（τ₃=13.8 ps），延长了载流子平均寿命（从31.7 ps增至52.98 ps），从而抑制了ROS的瞬时过量积累。EPR实验证实PtCo/CN上·O₂⁻生成更为温和。

  4. 反应路径与脱附机制：原位DRIFTS及DFT过渡态计算表明，PtCo/CN上DFF脱附能垒显著降低，反应速控步由DFF脱附转变为C-H活化步骤（能垒0.55 eV vs. Pt/CN上脱附能垒主导）。XPS吸附实验证实PtCo合金对DFF吸附明显减弱，有利于产物释放和活性位再生。

Figure 1. Refer to the image caption for details.

文献详情

Chen Huang, Zhecheng Fang, Yuhang Chen, et al. Reconciling Activity and Selectivity in Photocatalytic HMF Oxidation over PtCo/g-C₃N₄ via d-Band Center Engineering, ACS Catal. (2026) DOI: 10.1021/acscatal.6c03437

全文链接

https://doi.org/10.1021/acscatal.6c03437




版权声明：

本平台根据相关科技期刊文献、教材以及网站编译整理的内容，仅用于对相关科学作品的介绍、评论以及课堂教学或科学研究，不得作为商业用途。

万言堂

纳米人 见微知著