Cascade Electric Field in ZnIn2S4/CuCo2O4 Photocatalyst for the Selective Oxidation of Biomass‐Derived 5‐Hydroxymethylfurfural in Aqueous Solutions

光催化 催化作用 材料科学 异质结 水溶液 选择性 化学工程 产量(工程) 电场 酒精氧化 尖晶石 化学 有机化学 复合材料 光电子学 冶金 物理 量子力学 工程类
作者
Yixuan Liu,Wenhua Xue,Jian Ye,Ruilong Zhang,A. Putta Rangappa,Jun Zhao
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (17): e2409005-e2409005 被引量:8
标识
DOI:10.1002/smll.202409005
摘要

Abstract The photocatalytic conversion of biomass feedstock represents a promising and environmentally friendly strategy for achieving selective transformation and value addition. The slow charge dynamics and sluggish hole transfer in the oxidation reactions severely limit the photocatalytic activity. Here, the heterojunction is fabricated by synthesizing ultra thin ZnIn 2 S 4 nanoflower with spinel CuCo 2 O 4 . The internal and interfacial electric fields are successfully constructed, which shows superior 5‐hydroxymethylfurfural (HMF) valorization. HMF undergoes severe mineralization when ZnIn 2 S 4 is used as the catalyst, resulting in 0.9% 2,5‐diformylfuran (DFF) yield in water, while the ZnIn 2 S 4 /CuCo 2 O 4 heterojunction catalyst exhibits 77% DFF selectivity with 88.6% HMF conversion, The cascaded bulk and internal electric fields greatly reduce the oxidation potential of holes and enhance the charge separation efficiency, thus give a remarkable 70‐fold increase in DFF yield. This work overcomes the limitations of ZnIn 2 S 4 application for HMF and similar alcohol oxidation reactions that typically require organic solvents, achieving a high DFF evolution rate of 724.9 µmol·g −1 ·h −1 in water within the first hour of the reaction, surpassing most reports of photocatalytic HMF selective oxidation.
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