DOI：10.1016/S1872-2067(25)64729-2

近日，《催化學報》在線發(fā)表了華南理工大學胡建強教授團隊在光催化有機轉化領域的最新研究成果。該工作報道了CdS/Ti₃C₂T_x/MBI納米復合材料的合成及其在可見光驅動胺類偶聯(lián)反應中的應用，通過雙助催化劑（Ti₃C₂T_x和MBI（2-巰基苯并咪唑））實現(xiàn)可量化的電子-空穴定向傳輸，顯著提升光催化效率。論文第一作者為：高文婧，論文共同通訊作者為：胡建強教授、戚朝榮教授。

? 制備出具有電子-空穴高效且定量分離的雙助催化劑的CdS/Ti₃C₂T_x/MBI納米復合材料。

? 還原助催化劑Ti₃C₂T_x分離光生電子，氧化助催化劑MBI捕獲光生空穴，實現(xiàn)電荷的定向高效分離，通過精確調控Ti₃C₂T_x和MBI的含量（最優(yōu)配比CdS/Ti₃C₂T_x-3/MBI-6），實現(xiàn)電子-空穴的高效定量分離。

? 在溫和條件下實現(xiàn)高效的胺偶聯(lián)反應，模型反應的產率可達約96%（~8000 μmol/g/h）為光催化合成亞胺提供了新范式。

圖1. CdS納米粒子和CdS/MBI、CdS/Ti₃C₂T_x和CdS/Ti₃C₂T_x-3/MBI-6納米復合材料的（A）粉末X射線衍射譜圖和（B）在水中的紫外-可見光吸收光譜。（C）MBI、CdS納米粒子和CdS/MBI、CdS/Ti₃C₂T_x和CdS/Ti₃C₂T_x-3/MBI-6納米復合材料的傅里葉變換紅外光譜。（D）Ti₃C₂T_x、（E）CdS/Ti₃C₂T_x和（F）CdS/Ti₃C₂T_x-3/MBI-6納米復合材料的掃描電子顯微鏡圖。(G) CdS/Ti₃C₂T_x-3/MBI-6和（I）CdS/MBI納米復合材料的透射電子顯微鏡圖。（H）CdS/Ti₃C₂T_x-3/MBI-612px;" mpa-font-style="mftst6821dp1">納米復合材料的元素分布圖。

要點：

CdS/Ti₃C₂T_x/MBI納米復合材料是通過將MBI鍵合在CdS/Ti₃C₂T_x納米復合材料的表面合成的。紫外-可見光吸收光譜和傅里葉變換紅外光譜證實，MBI可通過化學鍵成功引入。SEM和TEM圖表明，約7 nm的CdS納米粒子均勻分散在Ti₃C₂T_x納米片上，并被無定形的MBI包裹。所合成的CdS/Ti₃C₂T_x/MBI納米復合材料的結構和尺寸均一。

圖2. CdS納米粒子和CdS/MBI、CdS/Ti₃C₂T_x和CdS/Ti₃C₂T_x-3/MBI-6納米復合材料的（A）熒光發(fā)射光譜、（B）電化學阻抗譜圖、（C）時間分辨光致發(fā)光光譜和（D）瞬態(tài)光電流響應圖。

要點：

通過光譜與光電化學分析，CdS/Ti₃C₂T_x-3/MBI-6納米復合材料展現(xiàn)出優(yōu)秀的電荷分離性能。這些結果揭示了Ti₃C₂T_x和MBI雙助催化劑的協(xié)同作用，并促進了光生載流子的分離與遷移，為高效光催化提供了核心驅動力。

圖3. （A）不同光催化劑下芐胺偶聯(lián)反應的產率和TOF。（B）CdS/Ti₃C₂T_x-3/MBI-6納米復合材料用于芐胺偶聯(lián)反應的可重復使用性。（C）用于芐胺偶聯(lián)反應的CdS/Ti₃C₂T_x-3/MBI-6納米復合材料五次循環(huán)使用前后對應的XRD譜圖。

要點：

納米復合材料的電荷分離能力直接影響胺偶聯(lián)反應的效率。CdS因電荷分離效率差，亞胺產率僅約30%。引入單助催化劑MBI（捕獲空穴）或Ti₃C₂T_x（捕獲電子）后，產率提升至約47-48%。在雙助催化劑的協(xié)同作用下，產率隨助催化劑的用量變化，最高可達約96%（~8000 μmol/g/h）。這表明CdS/Ti₃C₂T_x-3/MBI光催化劑的催化性能可通過助催化劑的含量進行調控，從而實現(xiàn)光生載流子的高效分離。CdS/Ti₃C₂T_x-3/MBI-6光催化劑循環(huán)使用5次后，芐胺偶聯(lián)反應的產率仍能達到約93%，且該光催化劑的結構保持穩(wěn)定。

表1. CdS/Ti₃C₂T_x-3/MBI-6納米復合材料催化胺偶聯(lián)反應的底物范圍^a

^a 反應條件：底物（0.4 mmol）、MeCN（2 mL）、CdS/Ti₃C₂T_x-3/MBI-6（4 mg）、白色LED（40 W）、室溫、空氣；^b 的產率為分離收率。

要點：

CdS/Ti₃C₂T_x-3/MBI-6納米復合材料對含不同取代基的胺類均展現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性：含供電子基（-CH?、-^tBu）底物的產率達94-96%，吸電子基（-Cl、-CF?、-Br）底物的產率達80-95%。此外，雜環(huán)胺（2-噻吩甲基胺）和萘甲基胺的偶聯(lián)產率也超過90%。結果表明，CdS/Ti₃C₂T_x-3/MBI-6納米復合材料作為高效的光催化劑具有廣泛的應用潛力。

CdS/Ti₃C₂T_x/MBI納米復合材料在光照下產生的電子會與氧氣相互作用，形成超氧陰離子自由基，（?O₂^-）產生的空穴可以促進胺的去質子化，產生胺自由基陽離子中間體。在?O₂^-的存在下，胺自由基陽離子中間體最終可以與其他胺作用生成（E）-N-芐基-1-苯基甲胺。（E）-N-芐基-1-苯基甲胺的收率在很大程度上取決于電子-空穴分離能力，具有更強電子-空穴分離能力的CdS/Ti₃C₂T_x/MBI納米復合材料具有更高的催化效率。

? 本文開發(fā)了CdS/Ti₃C₂T_x/MBI三元納米復合材料，助催化劑Ti₃C₂T_x和MBI可定向分離光生電子和空穴，實現(xiàn)電荷的高效分離。

? 通過優(yōu)化助催化劑（Ti₃C₂T_x和MBI）含量，CdS/Ti₃C₂T_x/MBI納米復合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的可見光催化有機轉化性能。最優(yōu)組分的CdS/Ti₃C₂T_x-3/MBI-6納米復合材料在芐胺偶聯(lián)反應中產率達約96%（~8000 μmol/g/h），約是原始CdS納米粒子產率（~2500 μmol/g/h，~30%）的3倍。

? 該工作為可見光驅動的有機合成（如藥物中間體高效制備）提供了穩(wěn)定、高效的催化平臺。