文献速递 | 余济美&胡卓锋 AFM 光催化H2O2合成

第一作者：李乐京

通讯作者：余济美 胡卓锋

通讯单位：香港中文大学 中山大学

DOI:10.1002/adfm.202106120

本文亮点

要点一：三项界面增强氧气传质

借助于这种聚合物半导体的疏水性质，将所制备的TPB-DMTP-COF固定在多孔碳纤维纸上构筑一个气液固共存的三项界面，在此条件下，H₂O₂的生成速率达到2882 μmol ·g_cat⁻¹ ·h⁻¹，是相应两相体系中H₂O₂产量的15倍。电化学以及光电化学测试发现，空气中的O₂可以通过多孔载体以更高的扩散速率扩散到催化剂表面，使其传质性能得到了极大的提高。三相界面处较高的O₂也可以促进空穴和电子的分离，从而提高光催化动力学。

要点二：宽pH范围

实验发现无需添牺牲剂，TPB-DMTP-COF在纯水中及在较宽的pH范围的水溶液中对还原氧气为H₂O₂均具有较高的催化活性。在pH分别为3，7，10的催化剂/水溶液的悬浮体系中，反应1 h后的H₂O₂产量分别为1805，1561，1303 μmol· g_cat⁻¹。此外，该催化剂在长期的光催化反应中也表现出较高的光化学稳定性。

要点三：两步单电子反应路径

通过EPR自由基捕获实验以及猝灭实验发现超氧阴离子是光催化还原氧气到H₂O₂的重要中间物种。因此推断该反应路径为两步单电子还原路径。并且通过密度泛函理论（DFT）计算揭示了O₂分子的活化及电子从COF向O₂的转移，推测电子密度较高的TPB部分是氧还原活性中心。

文 章 简 介

基于此，香港中文大学余济美教授，中山大学胡卓锋在Advanced Functional Materials上合作发表题为“Enhanced Mass Transfer of Oxygen through a Gas–Liquid–Solid Interface for Photocatalytic Hydrogen Peroxide Production”的研究文章。报道了三苯基苯-二甲氧基对苯二醛-COF（TPB-DMTP-COF）在纯水体系中还原氧气为过氧化氢表现出较高的催化活性。且通过构筑三相界面以提高催化剂表面的氧气浓度和增强传质速度来提升H₂O₂的产率。

研 究 背 景

光催化氧还原提供了一种生产过氧化氢 (H₂O₂)的潜在途径。通常将粉末催化剂分散在水中进行光催化反应。然而，这种方法受限于纯水中低的氧气溶解度和扩散速度。另一个问题是，目前大多数光催化氧还原催化剂在纯水中效果不佳，通常需要添加醇类牺牲剂。

作 者 简 介

胡卓锋 副教授 博士生导师

2014年在香港中文大学博士毕业。2018年加入中山大学环境学院。胡卓锋教授在双氧水制备、磷基催化剂、基于生物质转化的水热碳催化剂、和光电极材料等新一代环境材料的研究领域取得突出成果。近年来主要从事双氧水的合成、红磷元素光催化、生物质基环境催化、基于双氧水的环境催化、VASP泛函密度材料模拟计算等工作。发表研究论文50余篇，第一/通讯作者论文34篇。主要包括Angewandte Chemie International Edition、Advanced Functional Material、 Environmental Science & Technology、Small、Applied Catalysis B: Environmental、Journal of Catalysis、Chemistry of Materials等。多篇论文入选期刊cover。

余济美 教授 博士生导师

香港中文大学化学系教授、博士生导师，教育部 “长江”特聘讲座教授。余济美教授是光催化领域的著名专家，长期从事新型纳米材料的制备与表征，光催化技术在能源与环境领域的应用，近几年在有毒难降解有机污染物光催化降解机理的研究、光催化空气和海水消毒系统、新型光催化材料的水热和超声化学制备等方面的研究中取得了若干创新性研究成果，研究成果2005年获得国家自然科学二等奖，在JACS、Adv mater、Angew chem等国际期刊上发表SCI论文200余篇，单篇最高SCI引文490余次，个人H引文指数135。在人才培养方面，培养了20多名博士后、20多名博士、16名硕士和多名访问学者。

文 章 链 接

Enhanced Mass Transfer of Oxygen through a Gas–Liquid–Solid Interface for Photocatalytic Hydrogen Peroxide Production

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202106120

课 题 组 招 聘

有兴趣加入中山大学的硕士、博士与博士后，请联系胡卓锋老师[e-mail]

http://sese.sysu.edu.cn/teacher/4293

本 文 所 用 仪 器

关键特征：

● 采用专业进口电源，纹波更低、更加稳定可靠，有效延长光源使用寿命；

● 非金属灯箱，最大程度避免实验室电气使用安全风险；

● 结构紧凑，体积小，对实验空间的需求减小；

● 专利轴向吸风式散热结构，保证灯箱的有效散热。

往期回顾
# 新一轮疫情下，多地学术会议发出延期通知
#

直播预告 | 2021光催化前沿学术论坛（一）-陕西师范大学材料科学与工程学院建院十周年学术会议通知

##

北京泊菲莱科技有限公司作为国内光催化科研仪器的创领者，致力于多场景、跨领域的仪器应用、开发。公司近年来在深耕光催化研究领域的同时，在多场催化、多种复合能量场方面取得了一系列成果。

公司近期推出的多功能光化学反应仪、光化学工作站、光热催化反应系统等设备，进一步拓宽产品在光、电、热、压等多种复合能量场方面的应用。

产品推荐