中山大学欧阳钢锋教授课题组在过氧化氢光催化合成方面取得进展

　　

图1（A）以水和氧气为原料光催化合成过氧化氢的路径；（B）普通石墨相氮化碳和聚酞菁锌复合催化剂在可见光激发下的分子间电子转移路径；（C）修饰后的石墨相氮化碳与聚酞菁锌复合催化剂在可见光或单色光激发下的分子间电子转移方式

　　在国家自然科学基金项目（批准号：22036003、22076222、21737006）等资助下，中山大学化学学院欧阳钢锋教授课题组在自然环境条件下过氧化氢的光催化合成方面取得进展，相关研究成果以“自然环境条件下过氧化氢的高效光合作用（Highly Efficient Photosynthesis of Hydrogen Peroxide in Ambient Conditions）”为题，于2021年4月20日在线发表于国际知名综合期刊《美国科学院院刊》（Proceedings of National Academy of Sciences of the United States of America）论文链接为：https://www.pnas.org/content/118/16/e2103964118.long。

　　高级氧化技术以产生具有强氧化能力的羟基自由基（·OH）为特点，在高温高压、电、声、光辐照、催化剂等反应条件下，可有效去除难降解有机污染物，是水处理最有效的方法之一。然而，氧化剂的成本过高且需持续过量的投加，导致高级氧化法无法应用于实际水体的原位处理。因此，利用太阳能，以水和氧气为原料合成过氧化氢绿色氧化剂，有望推动高级氧化技术在实际水体中的应用。然而，现有的光催化合成过氧化氢方法受限于光生载流子的严重复合，有机电子给体的加入或氧气的持续通入，极大地限制了过氧化氢的原位光催化合成。

　　针对这一科学问题，研究团队首先通过提高低费米能级半导体的光响应性，在两个费米能级差较少的半导体中构建Z型异质结，以此为基础设计合成了含有Z型异质结的新型光催化剂。通过分子间电子转移，大幅减少了光生载流子复合，过氧化氢产率高达114 μmol g^-1 h^-1，实现了环境水体中过氧化氢的高效光催化合成（如图1），综合性能优于该领域同条件下已报道的其他光催化剂。由于该反应体系无需加入电子给体或持续通氧，为高级氧化技术在实际污染水体原位处理的应用奠定了基础。

　　上述研究为设计Z型异质结提供了新思路，实现了自然环境中高效过氧化氢光催化合成，为环境光化学和水处理高级氧化技术优化在环境治理中的实际工程应用提供理论支撑。