Oxidation of 5‐Hydroxymethylfurfural over ZnIn2S4/Ti3C2Tx Photocatalyst Modulated by Sulfur Vacancy Defects and Schottky Heterojunctions

硫黄 空位缺陷 光催化 材料科学 5-羟甲基糠醛 无机化学 化学 物理化学 催化作用 结晶学 冶金 有机化学
作者
Xiaoping Wang,Bowen Yang,Haoye Wang,Haixin Guo,Richard L. Smith,Yaqiong Su,Xinhua Qi
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
标识
DOI:10.1002/cssc.202501504
摘要

Conversion of biomass into chemical products with solar energy is an important avenue for technological sustainability. Constructing efficient Schottky heterojunctions with vacancy defects can be a productive approach for achieving photooxidation of 5‐hydroxymethylfurfural (HMF). Herein, sulfur vacancy (Vs) defect‐enriched ZnIn 2 S 4 is combined with Ti 3 C 2 T x MXene (Vs‐ZIS/MX) containing Schottky heterojunctions via self‐assembly to form photocatalysts for efficient oxidation of HMF to 2,5‐diformylfuran (DFF) under air‐ambient conditions. HMF conversion of 87.3% with 72.9% DFF selectivity is obtained by the Vs‐ZIS/MX heterojunction photocatalyst under visible light (420 nm < λ <780 nm, 2 h). Density functional theory calculations reveal that the Schottky heterojunction and regulated S vacancies enhance the electronic coupling and lower HMF adsorption energy, establishing a directional electron transfer channel from Vs‐ZIS to MXene and an enhanced built‐in electric field. Extended X‐ray absorption fine structure spectroscopy shows that a stable metal (Zn)O bond coordination is formed between Vs‐ZIS and MXene, and the enrichment of local electrons at S vacancy defects sites and metal–O coordination makes it possible to extract the delocalized electrons from ZIS to MXene. This work demonstrates a method to modulate the electron cloud density and enhance transport with a built‐in electric field on photogenerated carriers for catalytic conversion of organic alcohols.

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