苯甲醛是一種芳香族羰基化合物，是制造染料、溶劑、香料、增塑劑、阻燃劑和藥物的重要原料。甲苯選擇氧化制苯甲醛是合成高附加值含氧化學品的重要途徑。目前苯甲醛主要采用甲苯氯化法生產，這不可避免地使用鹵素和酸性溶劑，造成嚴重的環境問題。

光催化甲苯氧化作為一種綠色合成策略，能夠在溫和條件下合成高附加值含氧化合物。為了追求光催化劑對甲苯氧化的高催化性能，特別是苯甲醛的高選擇性，合理設計和構建光催化劑的活性組分至關重要。

基于此，蘭州大學李燦院士和李澤龍等通過負載少量(1 mol%)均勻分布在TiO₂上的無定形BiOCl(BOC)納米片，制備了0.01BOC/TiO₂異質結光催化劑，且該催化劑在甲苯氧化制苯甲醛反應中表現出優異的性能。

BOC的無定形結構賦予了其豐富的表面氧空位(O_v)，可以進一步促進電荷分離和有效地吸附和活化O₂，而且非晶態BOC使得產物苯甲醛易于從催化劑表面脫附，從而減輕了苯甲醛的進一步氧化，導致高的選擇性。因此，0.01BOC/TiO₂異質結光催化劑在10%的甲苯轉化率下具有85%的苯甲醛選擇性，并且苯甲醛的生成速率高達1.7 mmol g^-1 h^-1，分別是TiO₂和BOC的5.6和3.7倍。

基于0.01BOC/TiO₂異質結光催化劑上產生的反應活性物種和表面反應動力學，提出反應過程如下：1.無定形BOC納米片價帶上積累的空穴氧化甲苯生成芐基自由基，同時TiO₂上累積的光生電子與BOC上氧空位捕獲的電子和O₂反應形成O₂^·–；2.芐基自由基與O₂^·–和質子耦合生成氫過氧化物中間體；3.氫過氧化物中間體脫水生成苯甲醛，并從無定形BOC納米片上快速脫附，避免了過氧化反應。

此外，0.01BOC/TiO₂光催化劑具有較寬的底物適用范圍，鄰二甲苯、間二甲苯和對二甲苯的轉化率均高于甲苯，對應的醛選擇性約為80%。綜上，該項工作揭示了具有豐富表面氧空位的非晶態半導體在構建異質結光催化劑方面的潛力，為設計具有高效電荷分離效率和表面選擇性反應動力學的光催化劑提供了思路。

Achieving High Selectivity in Photocatalytic Oxidation of Toluene on Amorphous BiOCl Nanosheets Coupled with TiO₂. Journal of the American Chemical Society, 2023. DOI: 10.1021/jacs.3c05237