5-羟甲基糠醛(HMF)氧化形成2,5-二甲基呋喃(DFF)将化石燃料和可再生原料连接起来。虽然太阳能驱动的HMF增值提供了一种有效途径，但由于HMF固有的化学不稳定性，目前大多数光催化系统的DFF选择性较低。HMF的结构不稳定性源于三个因素：(i)杂芳烃系统中的不完全π偶联，(ii)氧杂原子上的局域单对电子，以及(iii)显著的环应变能。这使得HMF更容易发生自由基介导的开环过程，而不是选择性氧化。最近的机理观点表明，尽管空穴介导的C-H切割驱动羟甲基脱氢，但通过自由载流子机制产生的活性氧物种(ROS)促进了矿化。这种根本冲突强调了在光催化剂设计中精确调节电荷载流体行为的必要性。
近日，香港城市大学刘彬和香港浸会大学赵峻等通过I掺杂精确调节BiOBr中激子和载流子之间的平衡，开发了一种高效的HMF转化为DFF的光催化剂，这缩小了单重态和三重态激子之间的能量差距，触发了高效的系统间交换过程，并显著增强了激子共振能量转移和载流子演化过程。
HMF的矿化受到抑制，这是由于选择性氧活化通过激子诱导的能量转移而不是超氧化物自由基来抑制单线态氧，从而提高了产率选择性。HMF的转化高度依赖于催化剂的表面特性和晶面，这在很大程度上决定了表面反应动力学；{001}晶面上的羟基通过氢键相互作用显著促进了HMF中C-H和O-H键的活化。
性能测试结果显示，在连续催化12小时过程中，暴露(001)面的BiOBr0.7I0.3光催化剂(BiOBr0.7-001)表现出高DFF产率(84.0%)，DFF选择性超过90%；在五个光反应循环后，催化剂的活性几乎没有显示出衰减，且稳定性测试后材料的形貌和结构未发生变化。此外，BiOBr0.7-001还可将其他含羟基底物氧化成相应的醛，显示出巨大的应用潜力。
综上，该项研究开创了HMF转化过程中激子效应的探索，通过激子共振能量转移建立了活性增强范式，并为开发精细化学品光合作用催化剂提供了理论指导。
Tuning the equilibrium of excitons and carriers in the (001) plane-exposed bismuth oxyhalide enables efficient selective photocatalytic oxidation of 5-hydroxymethylfurfural. ACS Catalysis, 2025. DOI: 10.1021/acscatal.5c01486