AEM综述：用于太阳能过氧化氢生产的二维光催化剂工程

利用太阳能进行光催化生产过氧化氢（H ₂ O ₂ ）是一种绿色化学合成的有效途径。光催化生产H ₂ O ₂ 面临两个主要挑战：一是深入了解H ₂ O ₂ 的光催化机制，包括激发态的形成、载流子动力学及表面反应；二是通过材料科学的进步，开发有效的光催化剂以增强该技术的实用性。这两个目标相辅相成，新的基本光催化机制的发现推动了新型材料的开发，反之亦然。过去十年，基于2D材料的光催化剂因其独特的物理和化学性质在H ₂ O ₂ 生产领域获得了显著进展。

国际著名期刊 Advanced Energy Materials 最近发表了由 昆士兰大学Zhang Xiwang、Zeng Xiangkang、昆士兰科技大学Ifra Marriam 合作撰写的综述文章 “Engineering 2D Photocatalysts for Solar Hydrogen Peroxide Production” 。该综述详细探讨了2D材料在光化学H ₂ O ₂ 生产中的应用，从光化学生成H ₂ O ₂ 的基本原理入手，详细分析了光子吸收、载流子动力学、表面反应等关键步骤，阐述了2D材料在每个步骤中应对挑战的能力。文章还细致介绍了多种基于2D材料的光催化剂，并讨论了优化光催化性能的工程策略，最后概述了设计用于太阳能H ₂ O ₂ 生产的基于2D材料的光催化剂所面临的挑战和未来的机遇。

详细介绍了太阳能H ₂ O ₂ 生产的三个关键阶段：光子吸收、载流子动力学和表面反应。探讨了这些阶段中存在的挑战，以及2D材料在克服这些挑战中的潜在优势。

回顾了过去十年中在光催化H ₂ O ₂ 生产领域中应用的多种2D材料，特别是氮化碳和共价有机框架材料等。探讨了这些材料在光催化过程中的表面化学和电子结构特性，并评估了与H ₂ O ₂ 生产相关的热力学和稳定性。

深入研究了针对2D材料的设计和改性策略，跨原子、分子、晶体和异质结水平，重点强调了各策略的作用机制和研究案例。

过去十年中，2D光催化剂的研究显著加速，但当前的太阳能转换效率与理论最大值（24.5-27.5%）之间还存在差距。文章从多维度探讨了未来研究的重点方向，包括材料应用、2D结构特征、机理研究、先进表征技术和理论计算方法、催化剂评价体系和实际应用等。