【供稿：未来科学国际合作联合实验室】近日，吉林大学未来科学国际合作联合实验室、化学学院、无机合成与制备化学全国重点实验室科研团队在Journal of the American Chemical Society上发表题为“Zeolites as Photoactive Scaffolds for Efficient Photooxidation”的研究工作。该工作报道了一种基于沸石ZSM-5封装钙钛矿纳米晶（Cs₂AgBiBr₆, CABB）的高效复合光催化剂CABB@ZSM-5，用于可见光驱动下甲苯选择性氧化为苯甲醛。该催化剂在常温常压下表现出卓越的催化性能：苯甲醛选择性>98%，反应速率高达40.9 mmol·g^-1·h^-1，远超现有光催化体系。研究发现，ZSM-5不仅作为载体限制CABB生长、增强反应物吸附，还能通过其路易斯酸位点预活化甲苯C(sp³)–H键，并促进吸附水分子在光照下产生羟基自由基，从而主导了一条更高效的反应路径。Zn²⁺掺杂进一步将苯甲醛产率提升2倍，且催化剂表现出优异的稳定性。

分子筛因其明确的孔道结构、独特的骨架拓扑和可调变的酸性，被广泛用作高效多相催化剂、吸附剂和离子交换剂，在众多工业和环境领域发挥着重要作用。然而，其固有的绝缘性质在光催化应用过程中成为一项巨大的挑战，绝缘性骨架难以有效促进光生电荷的转移与分离，也难以驱动底物在催化剂表面的氧化和还原反应。

图一 分子筛基光催化复合材料（CABB@ZSM-5）用于光催化甲苯氧化过程示意图

针对上述问题，本研究创新性地将分子筛作为光活性载体用于负载钙钛矿纳米晶，成功触发羟基自由基（^•OH）介导的选择性C(sp³)–H键活化反应路径。通过主–客体组装策略将Cs₂AgBiBr₆（CABB）纳米晶限域封装于ZSM-5分子筛基质中，实现了甲苯高效选择性氧化为苯甲醛。值得注意的是，机理研究表明，非光活性的分子筛主体在可见光照射下可通过生成羟基自由基（^•OH）促进甲苯氧化，这是反应的关键步骤。所制备的CABB@ZSM-5催化剂在常温常压、可见光照射下，可将甲苯高效转化为苯甲醛，选择性超过98%，生成速率高达40.9 mmol·g^-1·h^-1，约为Bulk-CABB（1.0 mmol·g^-1·h^-1）的41倍，达到近期光催化领域报道的最高性能。综合光谱分析表明，客体CABB与ZSM-5主体之间的相互作用显著增强了复合材料对氧气和甲苯分子的吸附与活化能力。研究还发现，分子筛孔道中吸附的水分子有助于推动^•OH介导的反应路径，该路径相较于传统的超氧自由基（^•O₂⁻）路径更具热力学优势。此外，在CABB@ZSM-5中引入Zn²⁺能够进一步提升苯甲醛的生成效率。上述研究不仅揭示了通常被视为非光活性载体的分子筛在光催化过程中的关键作用，也凸显了分子筛基主-客体催化剂设计的广阔潜力，为发展可持续化学转化技术提供新思路（图一）。

相关的研究成果近期发表在J. Am. Chem. Soc.上，文章第一作者为吉林大学博士研究生高士钦与天津工业大学博士研究生何广源，通讯作者为吉林大学于吉红院士、梅东海教授与王博伦副教授。

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c13535