DOI：10.1016/S1872-2067(25)64729-2
近日，《催化學報》在線發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/Ti3C2Tx/MBI納米復合材料的合成及其在可見光驅動胺類偶聯反應中的應用，通過雙助催化劑（Ti3C2Tx和MBI（2-巰基苯并咪唑））實現可量化的電子-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。
光催化技術為高附加值化學品（如亞胺）的綠色合成提供了可持續途徑，但傳統光催化劑（如CdS）受限于載流子復合速度快等問題，導致其催化效率低（如胺的偶聯反應）。開發實現電子與空穴可定向分離的雙功能催化劑體系，對實現可見光驅動的有機高效轉化至關重要，尤其在藥物中間體和精細化學品合成領域具有重要的應用價值。為解決這一問題，本研究提出了一種雙助催化劑策略（還原助催化劑Ti3C2Tx定向提取電子，氧化助催化劑MBI捕獲空穴），制備出CdS/Ti3C2Tx/MBI納米復合材料。通過調控Ti3C2Tx和MBI的含量，實現電子-空穴的可控高效分離，并在溫和條件下實現了高效的可見光催化的胺偶聯反應。
? 制備出具有電子-空穴高效且定量分離的雙助催化劑的CdS/Ti3C2Tx/MBI納米復合材料。
? 還原助催化劑Ti3C2Tx分離光生電子，氧化助催化劑MBI捕獲光生空穴，實現電荷的定向高效分離，通過精確調控Ti3C2Tx和MBI的含量（最優配比CdS/Ti3C2Tx-3/MBI-6），實現電子-空穴的高效定量分離。
? 在溫和條件下實現高效的胺偶聯反應，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/Ti3C2Tx和CdS/Ti3C2Tx-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/Ti3C2Tx和CdS/Ti3C2Tx-3/MBI-6納米復合材料的傅里葉變換紅外光譜。（D）Ti3C2Tx、（E）CdS/Ti3C2Tx和（F）CdS/Ti3C2Tx-3/MBI-6納米復合材料的掃描電子顯微鏡圖。(G) CdS/Ti3C2Tx-3/MBI-6和（I）CdS/MBI納米復合材料的透射電子顯微鏡圖。（H）CdS/Ti3C2Tx-3/MBI-6納米復合材料的元素分布圖。
要點：
CdS/Ti3C2Tx/MBI納米復合材料是通過將MBI鍵合在CdS/Ti3C2Tx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Ti3C2Tx納米片上，并被無定形的MBI包裹。所合成的CdS/Ti3C2Tx/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/Ti3C2Tx和CdS/Ti3C2Tx-3/MBI-6納米復合材料的（A）熒光發射光譜、（B）電化學阻抗譜圖、（C）時間分辨光致發光光譜和（D）瞬態光電流響應圖。
要點：
通過光譜與光電化學分析，CdS/Ti3C2Tx-3/MBI-6納米復合材料展現出優秀的電荷分離性能。這些結果揭示了Ti3C2Tx和MBI雙助催化劑的協同作用，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反應的產率和TOF。（B）CdS/Ti3C2Tx-3/MBI-6納米復合材料用于芐胺偶聯反應的可重復使用性。（C）用于芐胺偶聯反應的CdS/Ti3C2Tx-3/MBI-6納米復合材料五次循環使用前后對應的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Ti3C2Tx（捕獲電子）后，產率提升至約47-48%。在雙助催化劑的協同作用下，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/Ti3C2Tx-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，從而實現光生載流子的高效分離。CdS/Ti3C2Tx-3/MBI-6光催化劑循環使用5次后，芐胺偶聯反應的產率仍能達到約93%，且該光催化劑的結構保持穩定。
表1. CdS/Ti3C2Tx-3/MBI-6納米復合材料催化胺偶聯反應的底物范圍a
a 反應條件：底物（0.4 mmol）、MeCN（2 mL）、CdS/Ti3C2Tx-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/Ti3C2Tx-3/MBI-6納米復合材料對含不同取代基的胺類均展現出優異的催化活性：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，雜環胺（2-噻吩甲基胺）和萘甲基胺的偶聯產率也超過90%。結果表明，CdS/Ti3C2Tx-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/Ti3C2Tx/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/Ti3C2Tx/MBI納米復合材料具有更高的催化效率。
? 本文開發了CdS/Ti3C2Tx/MBI三元納米復合材料，助催化劑Ti3C2Tx和MBI可定向分離光生電子和空穴，實現電荷的高效分離。
? 通過優化助催化劑（Ti3C2Tx和MBI）含量，CdS/Ti3C
