Cu₉S₅@MoS₂ p-n异质结精准界面工程及HMF电催化氧化图
药学院（药物研究所）臧德进（研究生程瑶）联合清华大学魏永革团队、bobapp1中国有限公司附属肿瘤医院（山东省肿瘤医院）宋宜祥在异质结催化材料研发领域取得突破——凭借精准界面工程设计成功制备Cu₉S₅@MoS₂ p-n异质结材料，并在5-羟甲基糠醛（HMF）电催化氧化研究方面取得进展。相关成果以“界面工程原位相分离制备Cu₉S₅@MoS₂ p-n型异质结用于高效电催化氧化5-羟甲基糠醛（Interfacial engineering of Cu₉S₅@MoS₂ p-n type heterojunction via in situ phase separation for highly efficient electrocatalytic oxidation of 5-hydroxymethylfurfural）”为题，于2025年11月25日发表于《电化学与能源科学（英文）》（eScience）杂志，论文链接：https://doi.org/10.1016/j.esci.2025.100507。
当前，大宗化学品行业正加速推进脱碳转型与去化石燃料进程，生物质衍生材料凭借其在支撑可持续循环碳经济中的关键作用，已成为全球科研领域的研究焦点。其中，2,5-呋喃二甲酸（FDCA）作为核心生物质基化学品，是替代聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的理想单体，在包装、纺织、工程塑料、医药等多个领域展现出广阔的应用前景。然而，FDCA传统制备技术普遍存在产物选择性低、污染物排放量大等突出问题；即便采用基于可再生能源的5-羟甲基糠醛（HMF）电催化氧化合成路线，目前也亟待开发高效稳定的催化体系以突破技术瓶颈。
团队以精准界面调控为核心，通过钼酸铜热解硫化策略，构建了Mo-S-Cu键连接的Cu₉S₅@MoS₂ p-n型异质结材料。该材料借助原位相分离实现完美晶格匹配（晶格失配率仅1.85%），颗粒状p型Cu₉S₅均匀锚定在层状3R相MoS₂纳米片上，形成无明显晶体缺陷的活性界面。紫外光电子能谱（UPS）与光致发光（PL）测试进一步揭示材料电子结构优势：Cu₉S₅@MoS₂的费米能级较纯MoS₂提升0.26eV，价带顶（EVBM）和导带底（ECBM）均向真空能级偏移，带隙窄化为2.48 eV，且PL强度降低65%，有效抑制电荷复合、显著提升电荷转移效率，为电催化反应提供了优异的电子结构基础。
该材料应用于HMF电催化氧化反应时，展现出卓越性能：HMF转化率达94.45%，FDCA选择性高达100%，法拉第效率为91.13%，质量转化效率达到138 mA mg-1, 经50次催化循环后仍保持稳定催化活性，该催化性能处于世界领先水平。在药学领域，其为药物合成提供绿色高效的催化平台，可用于含呋喃结构抗生素、维生素等药物中间体的精准合成，大幅降低传统工艺的污染与能耗；同时，基于该催化体系的生物质转化技术，有望推动药物辅料、医用高分子材料的绿色化生产，为制药行业可持续发展提供核心技术支撑。
本研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、临床与基础研究联合创新团队项目、山东省医学会科研项目、河北省教育厅科研项目及河北建筑工程学院科研项目等项目支持。
供稿：科研部
