现代工业生产中,选择性氧化反应是合成醛、亚砜、亚胺等高附加值有机中间体最有效的途径之一,然而工业生产所需的高温高压条件,却带来了巨大的能耗以及环境污染。太阳能作为一种取之不尽的洁净能源,能够替代传统化工过程中的热能来驱动化学反应,而光催化选择性氧化反应,可以作为一种条件温和环境友好的化学品合成路径,从而有效解决能耗和污染问题。然而,与传统的热催化氧化方法相比,光催化选择性氧化反应仍受制于低转化率和低选择性。基于此,我们提出通过构筑含有表面缺陷的二维光催化材料,提高活性氧物种的生成能力,进而实现高效高选择性的光催化选择性氧化过程。本论文旨在以二维半导体光催化剂为研究对象,通过构建空位、功能化分子和杂化结构这类表面缺陷,优化材料的光催化性能,在苯甲醇氧化、硫醚氧化和苄胺偶联反应中实现高效高选择性的转化过程。通过多种测试和表征手段研究缺陷的类型,并结合密度泛函理论计算揭示不同缺陷对光催化过程中光吸收、光激发电子-空穴对的分离传输和表面氧化还原反应效率的影响。基于详细的构效关系研究,本论文为二维材料表面缺陷设计以及光催化性能提升提供了新的思路。主要内容分为以下三个方面:1.光催化氧化醇类生成醛类化合物在未来工业生产中拥有巨大潜力,但往往因受到多种因素影响而呈现出低的转换效率和选择性。鉴于光生活性氧物种可以作为选择性氧化反应中的关键氧化剂,我们提出通过调控氧气分子活化过程来实现高选择性的氧化反应。以立方相硫化铟纳米片为例,引入表面硫空位可以增强载流子相关的氧气分子活化过程。由于电子-空穴分离和传输过程的增强,含有表面硫空位的硫化铟纳米片在可见光照射下可以高效地将氧气分子活化为超氧自由基,随后实现光催化氧化醇类生成醛类化合物反应的高转化率和高选择性。2.单线态氧是一种重要的活性氧物种,可以氧化有机分子生成高附加值的化工产品。但在二维材料中,长寿命的光生物种往往以极低的浓度存在,极大的降低了其与基态氧作用产生单线态氧的效率。基于此,我们通过构建一种新奇的表面电子传导抑制(SECS)结构来提高材料中的长寿命光生物种浓度。以硫化铟锌纳米片为例,在材料表面引入绝缘性大分子聚合物,阻断电子向表面传输,以提高长寿命光生物种浓度从而提高单线态氧产生效率。将该材料运用于单线态氧介导的光催化硫醚氧化反应,结果表明,表面大分子的构筑大大增强了光催化反应的效率及选择性(光催化氧化硫醚生成亚砜)。3.超氧自由基作为一种重要的活性氧物种,可以有效的促进光催化苄胺氧化偶联反应的进行。在这个工作中,我们提出对二维材料表面进行杂化结构修饰,增强光生电子的浓度,从而提高材料的氧气分子的活化能力。以溴氧化铋为例,通过在其表面引入氧化铋后,光生电子-空穴对的分离传输效率得到有效提升,同时增强了超氧自由基生成能力。结果表明,在可见光照射作用下,表面杂化结构修饰的溴氧化铋对3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)的氧化能力大大加强,还实现了光催化苄胺氧化偶联反应的高效进行。