小分子醇类，如甲醇是可再生能源，具有可持续性、储运方便等优点。近年来，越来越多的研究专注于用较为温和的方式驱动小分子醇类的转化反应替代现代工业中高能耗的热催化工艺。然而，受制于反应的低选择性和低活性，温和条件下的小分子醇类转化是一个很大的挑战。

光电催化是一种备受关注的催化手段，能在室温下催化各类氧化还原反应。近日，广州大学清洁能源材料研究所刘兆清教授团队通过简单的牺牲模板法和化学浴沉积法，制备了一种Fe₂O₃/MoO₃异质结催化剂，通过构筑异质结界面间内接电场和Fe-O-Mo电荷传输通道，提升了光电转化效率，实现了室温下高效选择性光电驱动CH₃OH转化为HCHO。

相对于异质结界面依靠范德华力作用结合，构筑界面间化学键为电荷传输提供了通道，降低了传荷阻力。通过XPS, Raman光谱等手段证明了Fe-O-Mo电荷传输通道的存在，差分电荷计算也表明该结构对光电转换过程中的电荷传输起到的促进作用。通过UPS等手段证明了Fe₂O₃与MoO₃形成的是Z型异质结。通过构筑Z型异质结界面间的内接电场和Fe-O-Mo电荷传输通道，光生载流子的分离效率被大大提升。

在模拟太阳光照条件下，Fe₂O₃/MoO₃异质结的光电催化性能相对于单一的Fe₂O₃，提升了3.88倍，与此同时反应生成甲醛的法拉第效率也达到95.7%，这表明该催化剂具有优异的反应活性和高的甲醛选择性。通过对甲醇转化生成甲醛的反应路径研究，发现对于该反应的决速步骤——C-H键的断裂，Fe₂O₃/MoO₃异质结能将该步骤的活化能降低至0.54 eV，这也成功解释了其高反应活性的原因。更多的是，异质结拥有比Fe₂O₃更低的甲醇吸附能和甲醛解离能，这说明反应物甲醇容易吸附，而生成物甲醛容易解离，从而提升了该反应的甲醛选择性。该工作为合理设计温和条件下的小分子醇类转化催化剂提供了一种新策略。该论文第一作者是广州大学清洁能源材料研究所2019级硕士研究生黄胜，刘兆清教授为通讯作者，广州大学为唯一完成单位。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202101058