复旦张立武EES：提高两个数量级！微滴高效光催化产生H2O2

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太阳能驱动的生产过氧化氢（H ₂ O ₂ ）是解决能源和环境危机的一种有前途的方法，但是光合作用制取H ₂ O ₂ 仍然受到电子-空穴分离效率（η _sep ）不足和半导体/溶液界面电荷转移效率（η _trans ）缓慢的限制。

基于此， 复旦大学 张立武研究员（通讯作者）等人 报道了首次以g-C ₃ N ₄ 纳米片（CNNS）为代表，研究了微液滴中光催化生成H ₂ O ₂ ，其具有合适的能带结构、对2e ^- ORR的高选择性和含量丰富的优点。测试结果表明，微液滴光催化具有超高的H ₂ O ₂ 析出速率（20.6 mmol g _cat ⁻¹ h ⁻¹ ），对比相应的块体相，性能提高了两个数量级。

通过密度泛函理论（DFT）计算，作者研究了光催化2e ^- -ORR在微液滴空气-水界面（AWI）附近和本体溶液中的吉布斯自由能变化（∆G）。

可能由于不同的溶剂化效应（部分溶剂化与完全溶剂化），微滴空气-水界面和本体溶液之间*-OOH中间体的配位结构不同。更重要的是，在本体溶液中*-OOH还原成H ₂ O ₂ 的∆G为1.25 eV，而在微滴的AWI下为0.97 eV。

因此，光催化2e ^- -ORR过程在微滴AWI时更具热力学优势，将进一步增强反式和加速H ₂ O ₂ 光合作用。

在较小的微液滴中，光催化分解H ₂ O ₂ 的速度更快。在AWI处DE _H2O2 的反应速率高于微液滴内部，证实了在AWI处的光催化反应速率更快，可能是由于超高的界面电场和界面的部分溶剂化作用。同时，微滴空气-水界面和内部区域的差异随着微滴尺寸的减小而缩小，这是因为随着微滴尺寸的减小，微滴内部AWI区域的百分比和电场强度增大。

Highly Efficient Photocatalytic H ₂ O ₂ Production in Microdroplets: Accelerated Charges Separation and Transfer at Interface. Energy Environ. Sci., 2023 , DOI: 10.1039/D2EE03774B.

https://doi.org/10.1039/D2EE03774B.

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