科创中国

太阳能作为一种可持续、清洁和环保的能源而得到了广泛关注。利用太阳辐射的能量裂解水制备氢气能够有效的缓解化石燃料的短缺，然而传统的光催化裂解水制备氢气通常还需要添加牺牲剂，如乳酸、半胱氨酸和抗坏血酸等，从而极大限制了光催化产氢的经济性和实用性。近年来的研究主要致力于在无牺牲剂的情况下高效制备氢气，主要包括全分解水和偶联产氢两种方法。其中：全分解水的产物为氢气和氧气/过氧化氢，然而反应速率会受到水氧化的多电子过程及吸热过程的限制，从而使得整体的反应速率处于较低的水平，同时得到的氧气/过氧化氢的经济价值较低；而相对的偶联产氢则是通过活化能更低的有机反应代替水氧化产氢的过程，以提高整体反应速率，并在快速放氢的同时得到高附加值的有机产品。芳香醇的氧化反应是热力学和动力学上更容易发生的氧化半反应，其氧化产物芳香醛被广泛应用于香料、医药和化工等领域。用芳香醇的氧化半反应替代全分解水的水氧化半反应，同时偶联水分解半反应，将有利于提高光反应产氢的整体速率，以最大化地利用光生电子空穴产生氢能和高附加值化学品。传统的热催化芳香醇氧化为醛的途径在选择性和转化率两个方面难以兼顾，相比之下光催化芳香醇氧化为醛的过程不仅清洁环保，并且能够通过控制催化剂的氧化能力和改变反应溶剂等条件实现选择性、转化率地双赢。

然而，目前存在的光催化体系大多使用乙腈、甲苯和三氟甲苯等剧毒的有机试剂。从绿色化学的角度看，使用水代替有机溶剂是一种更加清洁的策略，同时放出大量的氢气，有利于可持续能源的发展。但是，水相中醛的选择性和转化率通常较差，容易产生酸、酯类等副产物，从而限制了其实际应用发展。因此，如何制得一种适合在水相中应用的异相光催化剂用于高选择性地氧化芳香醇偶联产氢成为亟待解决的技术问题。

为了改善上述技术问题，该成果提供一种复合光催化剂在光催化氧化中的应用。例如，在光催化氧化芳香醇偶联产氢、水相苄胺氧化放氢、水相硫醚等氧化反应中的应用。优选在光催化氧化芳香醇偶联产氢中的应用。

本发明有如下效益：

（1）本发明提供的复合光催化材料的制备方法，所用原料为廉价的金属盐，制备过程简单、成本低、重复性好、产量高、合成温度低，时间短，适合量产，适用范围广，可成功用于硒化镉、二硫化钼等材料与水滑石的复合。

（2）与普遍应该剧毒有机溶剂的工艺相比，本发明提供的二维复合光催化材料在水相中构建了高效的光催化氧化芳香醇偶联产氢的体系，推动了在水相中高选择性氧化芳香醇偶联产氢的应用，并可适用于水相中高选择性氧化硫醚、硫醇和糠醛等有机反应。

（3）本发明的光催化氧化芳香醇偶联放氢体系的产氢速率快、选择性和转化率高、成本低，且无需高温高压、有机溶剂参与反应，利于绿色化学的应用发展。