2025年4月16日和14日，福州大学王心晨教授团队在J. Am. Chem. Soc.上连续发表两篇最新成果，即“Activating Lattice Oxygen in Perovskite Ferrite for Efficient and Stable Photothermal Dry Reforming of Methane”和“Photoinduced Formation of Oxygen Vacancies on Mo-Incorporated WO3 for Direct Oxidation of Benzene to Phenol by Air”。下面，对这两篇成果进行简要的介绍！
王心晨，福州大学副校长，福州大学化学学院教授/博士生导师、国家重点实验室副主任、中-德人工光合作用国际联合实验室主任，2014年获国家杰出青年科学基金，2016年获长江学者奖励计划。长期从事光催化研究工作，开创了氮化碳光催化研究新领域，实现从传统无机半导体光催化剂到聚合物半导体光催化剂的突破。
课题组网页：http://wanglab.fzu.edu.cn.
JACS：活化晶格氧助力高效稳定的甲烷光热干重整
晶格氧（LO）介导的甲烷光热干重整（DRM）是一种很有前途的合成气生产方法。然而，由于催化剂中的LOs难以活化，实现高DRM效率和耐久性仍然具有挑战性。基于此，福州大学王心晨教授和汪思波教授（共同通讯作者）等人报道了利用锰（Mn）取代钙钛矿铁氧体（LaFeO3）中的部分铁（Fe）位点（LaMnFeO）可以活化LOs，当使用Ru NPs修饰后的催化剂（Ru/LaMnFeO）时，其表现出优异的光热DRM活性和耐久性。
图1-1.结构表征
图1-2.形貌表征
在模拟阳光照射下，该催化剂H2和CO的产率分别为42.89 mol gRu-1 h-1和54.92 mol gRu-1 h-1，并且在150 h内性能稳定。此外，它还具有0.9 s-1的甲烷转换频率（TOFCH4）和15.3%的光化学能效率（LTCEE）。
图1-3.催化性能
在引入Mn后，导致了从La到Mn的电荷转移，而Mn位点也捕获了部分光激发电子。这些过程降低了Mn的价态，使钙钛矿的电子结构重排，La-O-Mn键减弱，使LOs能够顺利迁移，同时形成氧空位（OVs）。剩余的光激发电子有利地转移到Ru，增加了电子密度，空穴移动到LOs表面，进一步提高了它们的反应性。
图1-4.光谱表征
在光致热作用下，甲烷（CH4）吸附在Ru上形成CH3*和H*。CH3*部分溢出到活性LOs中并被氧化成CH3O*基团，终止CH3*脱氢沉积碳。CH3O*脱氢生成CO和H*，H*在富电子的Ru NPs上还原为H2。原位生成的OVs促进CO2分裂为CO，同时提供O*原子重新填充OVs并氧化还原的Mn位点，从而恢复催化剂，完成催化循环。本工作强调了精细金属取代来调节LO活性的可行性，为探索通过Mars-van Krevelen机制进行的太阳能氧化还原反应的先进光热催化剂提供了见解。
图1-5.原位DRIFTS光谱表征
图1-6. Ru/LaMnFeO上提出的光热DRM机制示意图
Activating Lattice Oxygen in Perovskite Ferrite for Efficient and Stable Photothermal Dry Reforming of Methane. J. Am. Chem. Soc., 2025, https://doi.org/10.1021/jacs.5c03098.
具有丰富氧空位（OVs）的光催化剂因其优异的氧活化和电荷分离性能，在苯与O2直接氧化制苯酚方面表现出较强的活性。然而，金属氧化物表面（如WO3）上的OVs易被含氧反应物或中间体愈合，导致其不可逆失活。基于此，福州大学王心晨教授和张金水教授（共同通讯作者）等人报道了在氧化钨（WO3）晶格中加入钼（Mo）等易氧化金属（Mo-WO3）可以有效地降低OVs形成的能量垒，从而促进光催化反应中大量光诱导OVs的原位生成。
图2-1. WO3和Mo-WO3上光诱导OVs形成的能量势垒
图2-2.组分表征
图2-3.光谱表征
图2-4.形貌表征
与W6+还原为W5+相比，Mo6+还原为Mo5+要容易得多，导致OV形成能量从0.5 eV显著降低到0.1 eV。在光催化反应过程中，即使在O2存在的情况下，也有望在Mo-WO3上原位形成足够的光诱导OVs。这些Mo介导的光诱导OVs具有优异的动态稳定性，这反过来保证了高的光催化性能，特别是在可见光照射下与空气直接氧化苯为苯酚的优异耐久性。该研究为长期维持金属氧化物上足够的OVs以实现可持续光催化提供了一种简单的策略。同时，这些发现为克服OVs愈合问题提供了一种直接的策略，使富含OVs的光催化剂在一系列新兴应用中可持续运行，甚至在涉及O2的氧化还原反应中也是如此。
图2-5. WO3和Mo-WO3的电子电荷密度、H2-TPR谱等表征
图2-6.催化性能
图2-7.稳定性与产率
Photoinduced Formation of Oxygen Vacancies on Mo-Incorporated WO3 for Direct Oxidation of Benzene to Phenol by Air. J. Am. Chem. Soc., 2025, https://doi.org/10.1021/jacs.5c02086.