Selective Photocatalytic Oxidation of 5‐Hydroxymethylfurfural using Ce doped TiO2: A Crucial Role of Defective Sites

光催化 5-羟甲基糠醛 兴奋剂 化学 催化作用 光化学 材料科学 有机化学 光电子学
作者
Neeraj Sharma,Shunmugavel Saravanamurugan,Hadi Ali
出处
期刊:Chemcatchem [Wiley]
卷期号:16 (21)
标识
DOI:10.1002/cctc.202400949
摘要

Abstract Transforming platform compounds with conventional catalysts, such as homogeneous and heterogeneous, into valuable chemicals encounters challenges associated with entailing high temperature/pressure and reusability during the reaction. To address these challenges, photocatalysis is one of the promising approaches, especially with visible‐light‐driven photocatalysts for selective transformation. A series of cerium‐doped TiO 2 (Ce x TiO 2 ; x=0.5, 1, 3 and 5 wt %) are prepared via a simple coprecipitation method for the cocatalyst‐free selective oxidation of 5‐hydroxymethylfurfural (HMF) to 2,5‐diformylfuran (DFF) under visible light illumination. Introducing Ce into the network to TiO 2 generates impurity energy levels, reduces the band gap, and extends the spectral response range. This also causes slight distortion to the surface structure, thereby originating defective sites and various surface oxygen species, confirmed by X‐ray photoelectron spectroscopy and electron paramagnetic resonance studies. The HMF adsorption studies infer that HMF forms a surface complex with CeTiO 2 , facilitating the formation of ligand‐to‐metal charge transfer complex (LMCT) under visible light (~420 nm), which efficiently catalyzes the conversion of HMF (54.4 %) to DFF with a selectivity of >99 %. In‐situ DRIFTS and surface passivation studies provide insight into the interaction between HMF and surface acidic/basic sites along with hydroxyl groups of CeTiO 2 , which subsequently convert selectively to DFF.
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