The crystal facet of CeO₂ is crucial in governing the catalytic performance of CeO₂. However, studies on the relationship between the photocatalytic oxidation performance of CeO₂ and its crystal facets are scarce. Herein, we synthesized a series of CeO₂. Through loading Cu single atoms (Cu/CeO₂), the facet effects of crystal facets on photocatalytic selective oxidation were systematically studied by employing the selective oxidation of 5-hydroxymethylfurfural to 2,5-diformylfuran as a model. Because the (110) facet's superior electron transfer efficiency is feasible for absorbing 5-hydroxymethylfurfural, eliminating α-H, and desorbing 2,5-diformylfuran, the selectivity of Cu/CeO₂-nanorods (Cu/CeO₂-R) with the (110) facet (93.34%) is much higher than that of Cu/CeO₂-nanocubes (Cu/CeO₂-C) with the (100) facet (32.22%) and Cu/CeO₂-nanooctahedra (Cu/CeO₂-O) with the (111) facet (15.20%). DFT calculation shows that Cu 3d exhibits orbital hybridization with Ce 5d and 4f, which provides a favorable pathway for electron transfer. This work delves into the facet-performance relationship during the photocatalytic process.

中文翻译：

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具有 Cu 单原子的刻面工程 CeO2 驱动 5-羟甲基糠醛的光催化选择性氧化


CeO₂ 的晶体面对于控制 CeO₂ 的催化性能至关重要。然而，关于 CeO₂ 的光催化氧化性能与其晶体刻面之间关系的研究很少。在此，我们合成了一系列 CeO₂。以 5-羟甲基糠醛选择性氧化为 2,5-二甲酰基呋喃为模型，通过加载 Cu 单原子 （Cu/CeO₂），系统研究了晶体刻面对光催化选择性氧化的刻面效应。由于 （110） 刻面卓越的电子转移效率对于吸收 5-羟甲基糠醛、消除 α-H 和解吸 2,5-二甲酰呋喃是可行的，因此具有 （110） 刻面的 Cu/CeO₂-纳米棒 （Cu/CeO_2-R） 的选择性 （93.34%） 远高于具有 （100） 刻面 （32.22%） 和 Cu/CeO₂-纳米八面体 （Cu/CeO_2-O） 与 （111） 分面 （15.20%）。DFT 计算表明，Cu 3d 表现出与 Ce 5d 和 4f 的轨道杂化，这为电子转移提供了有利的途径。这项工作深入研究了光催化过程中的刻面-性能关系。