近日，生化传感和药物分析团队在可见光催化转化领域取得了重要进展。相关成果以“Aerobic oxidation of toluene and benzyl alcohol to benzaldehyde using a visible light-responsive titanium-oxide cluster”为题，发表在SCI一区Top期刊 Chemical Engineering Journal（IF = 10.652, DOI: 10.1016/j.cej.2020.126433)。山东省分析测试中心的武文丽博士为本文第一作者。
钛氧团簇是一种溶胶凝胶法制备TiO2过程中的中间体，结构组成与TiO2基本单元相似。大多数钛氧团簇只能吸收紫外光。该研究中，我们通过溴离子掺杂获得了具有可见光响应特性的钛氧团簇Ti6Br，并成功将其应用于苯甲醇和甲苯的选择性氧化。XPS数据表明，Ti6Br中存在两种类型Ti4+，其中含有键合溴离子的Ti4+原子的类型。与氯离子掺杂团簇（Ti6Cl）相比，Ti6Br中Ti2p键合能减小了0.2-0.3 eV，其原因是Br相比于Cl的电负性更小，导致Ti2p电子密度更大，钛氧团簇的LUMO轨道能带变低，最终使溴离子掺杂钛氧团簇的带隙变窄。另外，通过比较DFT理论计算获得Ti6Br与Ti6Cl吸收光谱图，Ti6Br的吸收带边更加红移。结合自由基捕获以及淬灭反应，我们认为超氧自由基是该反应体系中重要的活性氧物种。
本研究通过对钛氧团簇光催化选择性氧化苯甲醇和甲苯构效关系的详细研究，阐明了溴离子掺杂是实现钛氧簇合物可见光催化活性的根本原因。以上结果对于理解离子掺杂二氧化钛材料的光响应性质及构效关系研究提供了特别的思路。
