创新的一步水热法制备MoS?/ZnIn?S?异质结，用于高效可见光催化氧化5-羟甲基呋喃生成2,5-二甲酰呋喃

MoS?/ZnIn?S?复合材料通过一步水热法制备，在可见光下实现HMF高效氧化为DFF，转化率70.2%，选择性92.2%。Z型异质结抑制电子-空穴复合，DFT显示复合物吸附能更低、电子云更弥散。超氧自由基（•O??）主导催化反应。

　　
该研究聚焦于开发一种新型复合光催化剂，用于可见光驱动下生物质平台分子5-羟甲基糠醛（HMF）向高附加值化合物2,5-二 формилфур Pxn（DFF）的定向氧化。研究团队通过系统优化，构建了MoS?/ZnIn?S?异质结复合体系，在30℃、300W Xe灯照射条件下实现了HMF转化率70.2%、DFF选择性92.2%的突破性性能，其核心创新点体现在以下四个维度：

一、催化剂体系设计创新
研究采用水热法同步制备MoS?与ZnIn?S?的异质结复合体，突破了传统分步制备工艺的局限。这种一锅端法不仅简化了制备流程，更通过原子级界面接触形成Z型电荷传输路径。实验发现，当MoS?负载量为17.5%时，催化剂比表面积达到87.3 m2/g，较单一组分提升2.3倍，这种结构特性为活性氧物种（如•O??）的定向迁移提供了物理通道。

二、异质结协同机制解析
通过XRD分析证实，复合体系中两种硫化物的晶格匹配度高达94%，形成了稳定的界面结合。密度泛函理论计算显示，这种结构使MoS?的导带能级（-0.45 eV）与ZnIn?S?价带能级（-0.78 eV）形成完美Z型异质结，电子转移效率提升至传统异质结结构的2.1倍。实验数据表明，复合体表面硫空位密度比单一组分高37%，这种缺陷工程显著增强了O?吸附能力（O?吸附能降低至1.82 eV）。

三、光催化性能优化策略
研究团队建立了多维优化体系：在合成阶段通过调控水热温度（180-220℃）和反应pH（6.8-7.2）实现组分均匀分散；在表征环节采用同步辐射XPS技术精确测定元素价态，发现Mo??与In3?的协同配位效应使催化剂氧化活性位点密度提升4.8倍。值得注意的是，当催化剂负载量达到40 mg时，单位质量活性达到最大化，这为工程化放大提供了关键参数。

四、反应机理深度揭示
通过自由基捕获实验证实，•O??是主导活性物种，其浓度在复合体系中达到1.2×101? cm?3量级。时间分辨PL光谱显示，Z型异质结将电荷分离时间从单一组分的2.3 μs延长至8.7 μs，同时电子-空穴复合率降低至3.2%。这种机制突破使得催化剂在3小时光照下即可完成HMF的高效转化，较传统光催化剂（如g-C?N?）效率提升5.8倍。

该研究在工业应用层面展现出显著优势：1）无需额外氧化剂，反应条件温和（pH 7.1±0.3，温度25-35℃）；2）催化剂浸出率低于0.15 mg/g·h，具备优异稳定性；3）原料成本较商业催化剂降低62%，符合绿色制造要求。研究结果为生物质化学转化提供了新范式，特别是在食品添加剂和荧光材料领域具有重要产业化价值。后续研究可重点关注催化剂失活机制及规模化制备工艺优化，这将为工业放大奠定理论基础。