Achieving High Selectivity in Photocatalytic Oxidation of Toluene on Amorphous BiOCl Nanosheets Coupled with TiO2

苯甲醛 甲苯 无定形固体 化学 选择性 光催化 吸附 化学工程 催化作用 光化学 有机化学 工程类
作者
Hao Wang,Chen Cao,Dongfeng Li,Yongxin Ge,Ruotian Chen,Rui Song,Wensheng Gao,Xiuli Wang,Xintan Deng,Hongjun Zhang,Bangjiao Ye,Zelong Li,Can Li
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (30): 16852-16861 被引量:196
标识
DOI:10.1021/jacs.3c05237
摘要

The inert C(sp3)-H bond and easy overoxidation of toluene make the selective oxidation of toluene to benzaldehyde a great challenge. Herein, we present that a photocatalyst, constructed with a small amount (1 mol %) of amorphous BiOCl nanosheets assembled on TiO2 (denoted as 0.01BOC/TiO2), shows excellent performance in toluene oxidation to benzaldehyde, with 85% selectivity at 10% conversion, and the benzaldehyde formation rate is up to 1.7 mmol g-1 h-1, which is 5.6 and 3.7 times that of bare TiO2 and BOC, respectively. In addition to the charge separation function of the BOC/TiO2 heterojunction, we found that the amorphous structure of BOC endows its abundant surface oxygen vacancies (Ov), which can further promote the charge separation. Most importantly, the surface Ov of amorphous BOC can efficiently adsorb and activate O2, and amorphous BOC makes the product, benzaldehyde, easily desorb from the catalyst surface, which alleviates the further oxidation of benzaldehyde, and results in the high selectivity. This work highlights the importance of the microstructure based on heterojunctions, which is conducive to the rational design of photocatalysts with high performance in organic synthesis.
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