分子桥接的核心-壳层TiO2@CuFe导电金属-有机框架光阳极，用于在羟基自由基介导下选择性氧化甘油生成甘油醛

光解甘油制备C3产物新策略：基于咖啡酸分子桥梁构建TiO2@CuFe-cMOF核壳光阳极，通过原子级异质结界面工程提升电荷分离效率，促进羟基自由基介导的C-H活化选择性生成甘油醛（产率提升3倍）和1,3-二羟基丙酮（产率提升2.3倍），抑制副反应氧化。

　　

摘要

利用太阳能驱动的光电化学（PEC）方法将甘油氧化为高附加值的C₃产物面临诸多挑战，主要源于电荷复合速度过快以及C?C键难以有效断裂。本研究提出了一种新颖策略，通过合理设计一种核壳结构TiO₂@CuFe-cMOF光阳极来实现这一目标。其中，咖啡酸（CA）作为双功能分子桥，构建了一个结构规整、原子级连贯的异质界面。这种独特的结构显著增强了界面电荷传输能力，抑制了载流子复合，并促进了羟基自由基（·OH）作为主要氧化剂的选择性生成。在AM 1.5?G光照条件下，优化后的光阳极表现出优异的性能：光电流密度达到1.67 mA cm^?2（在1.0?V_RHE时），比原始TiO₂高出约3.2倍；同时甘油醛（GLD）和1,3-二羟基丙酮（DHA）的产率分别为108 mmol m^?2 h^?1和35.3 mmol m^?2 h^?1，分别比TiO₂提高了约3.0倍和2.3倍。实验结果表明，该反应主要通过·OH介导的C?H活化进行，而CA桥接的核壳结构有效引导反应路径向高价值的C₃产物方向发展，同时抑制了C₁副产物的过度生成。本研究展示了配体介导的界面工程在高效异质结构光阳极设计中的关键作用，并为利用太阳能转化生物质原料开辟了可持续的发展路径。

图形摘要

通过咖啡酸介导的界面工程策略制备了核壳结构TiO₂@CuFe-cMOF光阳极，显著提升了甘油的光电化学氧化效率（甘油醛产率提高了约3.0倍），这归功于电荷分离效果的改善以及·OH介导的选择性C?H活化。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可在本文的补充材料中找到。