论文中研究提出的太阳能高效催化纯水和氧气制备过氧化氢的生成机理

近日，化学工程学院余长林教授课题组在太阳能催化纯水制备过氧化氢研究中取得了重要进展。研究成果以“Furan-Based HTCC/In₂S₃Heterojunction Achieves Fast Charge Separation To Boost the Photocatalytic Generation of H₂O₂in Pure Water”为题发表于ACS Catalysis（全文链接：https://doi.org/10.1021/acscatal.4c04341）。广油联合培养硕士研究生唐小龙为第一作者，余长林为第一通讯作者，广东石油化工学院为第一通讯单位。该研究工作得到了国家自然科学基金面上项目、广东省珠江学者特聘教授资助计划、广东省普通高等学校创新团队等项目的资助。

ACS Catalysis是美国化学会（ACS）旗下顶级学术期刊，被公认为国际化学领域的顶尖杂志之一，在化学领域具有权威影响力，是中科院1区期刊，目前影响因子为11.3。

过氧化氢（H₂O₂）是最清洁的绿色氧化剂，同时，H₂O₂的能量密度高于压缩氢，是一种绿色可储存和运输的燃料。目前H₂O₂工业生产主要是传统蒽醌法生产，但该法能耗巨大，且对环境污染严重，不符合绿色化学生产要求。如何寻找绿色可持续的方法生产过氧化氢是当今面临的挑战。

余长林教授课题组最新研究发现，以可再生的生物质资源葡萄糖为原料，在较温和的水热条件下可以在In₂S₃晶体生长过程中原位聚合生长水热碳（HTCC）层，形成一种In₂S₃/HTCC致密结构。理论计算和原位表征证实了In₂S₃与HTCC界面之间所形成的In-S-C键可以作为电子快速传递通道，促进了电荷在界面处进行转移并增强内建电场，从而显著提高电荷分离和传输效率，并促进其对氧气的吸附与活化，降低中间体的形成能垒。同时还首次发现In₂S₃/HTCC不仅能通过两步单电子氧还原反应生成H₂O₂，还能够生成中间体单线态氧（¹O₂）以进一步促进H₂O₂的生成。这种基于可再生生物质为资源形成有机-无机异质结构光催化材料的研究策略，为构建以太阳能为绿色能源将水和氧气制备H₂O₂，将太阳能转变成易储存的化学能研究提供了一条全新的路径。

（文/图 化工学院）

撰稿：李方    审稿：隋亦可、李宗宝    审核：陈星宇   签发：张海明