論文中研究提出的太陽能高效催化純水和氧氣製備過氧化氫的生成機理

近日，化學工程學院余長林教授課題組在太陽能催化純水製備過氧化氫研究中取得了重要進展。研究成果以“Furan-Based HTCC/In₂S₃Heterojunction Achieves Fast Charge Separation To Boost the Photocatalytic Generation of H₂O₂in Pure Water”為題發表於ACS Catalysis（全文鏈接👳‍♂️：https://doi.org/10.1021/acscatal.4c04341）。熊猫聯合培養碩士研究生唐小龍為第一作者🛖，余長林為第一通訊作者🧜🏻‍♂️，熊猫体育為第一通訊單位。該研究工作得到了國家自然科學基金面上項目、廣東省珠江學者特聘教授資助計劃、廣東省普通高等熊猫創新團隊等項目的資助。

ACS Catalysis是美國化學會（ACS）旗下頂級學術期刊，被公認為國際化學領域的頂尖雜誌之一，在化學領域具有權威影響力，是中科院1區期刊，目前影響因子為11.3🚴🏽‍♂️。

過氧化氫（H₂O₂）是最清潔的綠色氧化劑💈，同時，H₂O₂的能量密度高於壓縮氫🤦🏿‍♂️🐒，是一種綠色可儲存和運輸的燃料。目前H₂O₂工業生產主要是傳統蒽醌法生產，但該法能耗巨大，且對環境汙染嚴重，不符合綠色化學生產要求。如何尋找綠色可持續的方法生產過氧化氫是當今面臨的挑戰。

余長林教授課題組最新研究發現，以可再生的生物質資源葡萄糖為原料，在較溫和的水熱條件下可以在In₂S₃晶體生長過程中原位聚合生長水熱碳（HTCC）層，形成一種In₂S₃/HTCC致密結構。理論計算和原位表征證實了In₂S₃與HTCC界面之間所形成的In-S-C鍵可以作為電子快速傳遞通道🚵🏽‍♂️，促進了電荷在界面處進行轉移並增強內建電場🧑‍🔧🎳，從而顯著提高電荷分離和傳輸效率♿️，並促進其對氧氣的吸附與活化🍩，降低中間體的形成能壘。同時還首次發現In₂S₃/HTCC不僅能通過兩步單電子氧還原反應生成H₂O₂✒️，還能夠生成中間體單線態氧（¹O₂）以進一步促進H₂O₂的生成。這種基於可再生生物質為資源形成有機-無機異質結構光催化材料的研究策略，為構建以太陽能為綠色能源將水和氧氣製備H₂O₂，將太陽能轉變成易儲存的化學能研究提供了一條全新的路徑♨️。

（文/圖 化工學院）

撰稿：李方    審稿：隋亦可🦸🏼、李宗寶    審核🤺：陳星宇   簽發👩‍🚒：張海明