​余家国/张留洋AM：TiO2/Bi2O3 S-scheme光催化剂实现制H2O2和有机合成的协同耦合

光催化H₂O₂生产与有机合成的协同耦合在将太阳能转化为可储存的化学能方面具有广阔的前景。然而，传统的粉末光催化剂存在团聚严重、光吸收受限、气体反应物可及性差、难以重复使用等问题，极大地阻碍了其大规模应用。

在此，武汉理工大学余家国，中国地质大学（武汉）张留洋等通过水热法和光沉积法将疏水性TiO₂和Bi₂O₃固定在轻质聚苯乙烯 (PS) 球上，合成了可漂浮的复合光催化剂。可漂浮的光催化剂不仅是太阳能透明的，而且还提高了反应物和光催化剂之间的接触。因此，可漂浮的分步法（S-scheme）TiO₂/Bi₂O₃光催化剂表现出显着提高的H₂O₂产率（1.15 mm h-1）和糠醇向糠酸的良好转化。此外，通过原位辐照X射线光电子能谱和飞秒瞬态吸收光谱分析系统地研究了S方案机制和动力学。原位傅里叶变换红外光谱和密度泛函理论计算揭示了糠酸的演化机理。可漂浮光催化剂的巧妙设计不仅为最大化光催化反应动力学提供了见解，而且为高效多相催化提供了新途径。

基于所提出的反应机理，密度泛函理论(DFT)计算在二氧化钛(101)面上进行，以进一步验证对FA生成的偏好。如自由能图（图 6e和表 S4）所示，速率决定步骤是α-氢在羟基上的第一个去质子化过程（*R-CH₂OH – H⁺ + h⁺→*R-CH₂O）2.94 eV的能垒。对于R-CHO的生成，R-CHO的ΔG计算为1.94 eV。相比之下，*R-CHO转化为*R-C(OH)₂是热力学自发的，ΔG为-0.48 eV。因此，吸附的*RCHO中间体更倾向于被进一步氧化解吸。

Bowen He, Zhongliao Wang, PengXiao, Tao Chen, Jiaguo Yu, Liuyang Zhang. Cooperative coupling of H₂O₂ production and organic synthesis over floatable polystyrene sphere-supported TiO₂/Bi₂O₃ S-scheme photocatalyst. Advanced Materials, 2022

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adma.202203225