第一作者：张佳琪
通讯作者：贾旭、王秀莲、张留学
DOI：10.1016/j.jece.2026.122049
以废弃咖啡渣制备生物炭载体，实现绿色资源回收；
Eu离子掺杂调控电子结构，构建Fe-Eu双金属位点协同机制；
Fe-Eu-MOF与生物炭复合，有效抑制光生载流子复合；
光催化与类芬顿反应协同，显著提升苯酚产率与选择性。
2026年3月，Journal of Environmental Chemical Engineering杂志在线发表了中原工学院张留学教授团队在光催化苯羟基化领域的最新研究成果。该工作报道了一种利用废弃咖啡渣制备的Eu掺杂Fe-MOF/生物炭复合光催化剂，实现了苯到苯酚的高效、高选择性绿色转化。论文第一作者为张佳琪，论文共同通讯作者为贾旭、王秀莲、张留学。
传统苯酚生产主要依赖异丙苯多步法，存在能耗高、污染重、选择性低等问题。光催化技术以太阳能为驱动，条件温和，是绿色合成苯酚的理想途径。然而，现有光催化剂存在载流子复合快、活性位点少等瓶颈。金属有机框架（MOFs）具有高比表面积和可调结构，但单一MOF效率有限。本研究创新性地将稀土Eu掺杂入Fe-MOF，并与咖啡渣衍生生物炭复合，利用生物炭的高导电性和多孔结构加速电子迁移，同时通过Fe³⁺/Fe²⁺和Eu³⁺/Eu²⁺双金属价态循环强化芬顿反应，产生大量·OH自由基，从而实现苯到苯酚的高效光催化羟基化。
图表解析
图1. 催化剂SEM图像
要点：CF生物炭呈疏松多孔结构（a）；Fe-Eu-MOFs呈现规整八面体形貌（b）；Fe-Eu-MOFs/CF复合物中，八面体颗粒均匀负载于生物炭表面（c），证明成功复合。
图2. XRD和FTIR谱图
要点：XRD显示复合物同时存在Fe-MOF、Eu-MOF和石墨碳特征峰；FTIR中1625 cm⁻¹和1380 cm⁻¹为羧基配位峰，613、541、452 cm⁻¹分别为Fe-O和Eu-O振动峰，证实MOF成功合成及复合。
图3. 不同催化剂及用量对苯酚产率的影响
要点：(a) Fe-Eu-MOFs/CF-10%产率最高，明显优于纯MOF或纯生物炭；(b) 催化剂最佳用量为20 mg，过多会因遮光效应降低产率。
图4. H₂O₂用量及三氟乙酸用量对苯酚产率的影响
要点：(a) H₂O₂最佳用量为2 mL，过量会导致苯酚过度氧化；(b) 三氟乙酸最佳用量为0.1 g，适量强酸环境可降低反应活化能，但过量会抑制产率。
图5. 反应时间和温度对苯酚产率的影响
要点：(a) 最佳反应时间为5 h，时间过长易生成副产物；(b) 最佳反应温度为50℃，温度过高会导致H₂O₂分解及催化剂活性下降。
图6. 循环稳定性实验
要点：五次循环后苯酚产率略有下降但仍保持较高水平，且反应前后XRD和FTIR无明显变化，表明催化剂具有良好的稳定性和可回收性。
图7. 自由基捕获实验
要点：加入EDTA-2Na（空穴捕获剂）和重铬酸钾（电子捕获剂）后苯酚产率显著下降，表明光生空穴（h⁺）和电子（e⁻）均为关键活性物种。
Scheme 1. 光催化反应机理示意图
要点：光照下电子跃迁至导带，空穴留在价带；电子还原O₂生成·O₂⁻，进一步转化为H₂O₂；Fe³⁺/Fe²⁺和Eu³⁺/Eu²⁺价态循环促进芬顿反应产生·OH；·OH攻击苯环生成苯酚。生物炭加速电子传输，双金属协同抑制载流子复合。
本研究以废弃咖啡渣为原料制备生物炭，通过原位复合方法成功构建了Fe-Eu-MOFs/CF光催化剂。在最佳反应条件下（催化剂20 mg，H₂O₂ 2 mL，三氟乙酸0.1 g，50℃反应5 h），苯酚产率达34.27%，选择性高达96.26%，且五次循环后仍保持良好活性。该工作不仅为咖啡渣资源化利用提供了新途径，也为高效、绿色苯酚合成催化体系的设计提供了参考。
张留学，中原工学院教授。主要研究方向为：高性能杂化材料的设计及其在光催化领域中的应用，在International Journal of Hydrogen Energy，Journal of Catalysis和Journal of Environmental Chemical Engineering等国际一流期刊上发表论文40余篇。
Jiaqi Zhang, Xu Jia, Xiulian Wang, Zhiqi Song, Lidan Yang, Liuxue Zhang, Jiaolong Qiao, Yonggang Liu. Turning coffee waste into a green catalyst: Eu-modified Fe-MOF/biochar composite for photocatalytic benzene hydroxylation. Journal of Environmental Chemical Engineering 2026, 14,122049.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2213343726010237?via%3Dihub
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文章使用设备为：PCX-50C Discover多通道光催化反应系统，为光化学合成方法学研究中催化剂及反应条件筛选、底物扩展等过程提供多通道平行反应，保证结果平行可靠的前提下提高反应效率。设备采用9位LED光源，输出波长覆盖紫外到红外光区，光源波长可定制，满足不同光化学合成反应的需求。
