In Situ Topochemical Transformation of ZnIn2S4 for Efficient Photocatalytic Oxidation of 5‐Hydroxymethylfurfural to 2,5‐Diformylfuran

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作者
Yanwei Zhu,Wenfang Deng,Yueming Tan,Jianqiao Shi,Jingcheng Wu,Wenbo Lu,Jianfeng Jia,Shuangyin Wang,Yuqin Zou
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (45) 被引量:35
标识
DOI:10.1002/adfm.202304985
摘要

Abstract Photocatalytic selective oxidation of 5‐hydroxymethylfurfural (HMF) coupled H 2 production offers a promising approach to producing valuable chemicals. Herein, an efficient in situ topological transformation tactic is developed for producing porous O‐doped ZnIn 2 S 4 nanosheets for HMF oxidation cooperative with H 2 evolution. Aberration‐corrected high‐angle annular dark‐field scanning TEM images show that the hierarchical porous O‐ZIS‐120 possesses abundant atomic scale edge steps and lattice defects, which is beneficial for electron accumulation and molecule adsorption. The optimal catalyst (O‐ZIS‐120) exhibits remarkable performance with 2,5‐diformylfuran (DFF) yields of 1624 µmol h −1 g −1 and the selectivity of >97%, simultaneously with the H 2 evolution rate of 1522 µmol h −1 g −1 . Mechanistic investigations through theoretical calculations show that O in the O‐ZIS‐120 lattice can reduce the oxidation energy barrier of hydroxyl groups of HMF. In situ attenuated total reflection surface‐enhanced infrared absorption spectroscopy (ATR‐SEIRAS) results reveal that DFF * (C 4 H 2 (CHO) 2 O * ) intermediate has a weak interaction with O‐ZIS‐120 and desorb as the final product. This study elucidates the topotactic structural transitions of 2D materials simultaneously with electronic structure modulation for efficient photocatalytic DFF production.
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