催化顶刊集锦：AFM、Angew、Nature子刊、JMCA、ACS Nano等成果

1. Angew. Chem. Int. Ed.：NiCo₂S₄/ReS₂ 2D-2D界面电子转移诱导的金属自旋交叉促进广泛pH下的析氢反应

电解水析氢反应（HER）作为解决全球能源危机的有效策略显示出巨大的潜力。对于电解水，最优异的HER贵金属电催化剂包括铂，因为贵金属的稀缺性和高成本限制其的广泛应用。贵金属催化剂在较宽的pH范围内表现出良好的HER催化活性，这对于从酸性腐蚀到碱性微生物电解等各种操作环境的工业应用是必不可少的。然而，由于酸性和碱性条件下的HER机制存在差异，因此设计在不同pH条件下应用的高效非贵金属基HER催化剂具有挑战性。

为了克服这一障碍，最有效的策略之一是在两种或两种以上不同材料之间构建一种混合或复合结构，扬州大学郁旭，成均馆大学Park Ho Seok和Kim Jung Kyu展示了一种由强耦合的二维（2D）NiCo₂S₄和2D ReS₂纳米片（NiCo₂S₄/ReS₂）组成的高效且稳定可在广泛pH范围内通用的HER电催化剂。

NiCo₂S₄/ReS₂ 2D-2D纳米复合材料直接生长在碳布衬底表面，在电流密度为10 mA cm^-2时，在碱性和酸性条件下的Tafel斜率分别为78.3和67.8 mV dec^-1时，NiCo₂S₄/ReS₂表现出优异的HER性能，过电位分别为85和126 mV。当NiCo₂S₄/ReS₂作为OER催化剂时，其过电位为308 mV，远低于商业RuO₂、NiCo-LDH和NiCo₂S₄，而ReS₂没有观察到OER催化性能。

此外，在1 M KOH中利用NiCo₂S₄/ReS₂同时作为阳极和阴极，在10 mA cm⁻²时观察到全解水系统具有低电位为1.63 V，表明其在碱性介质中的全解水过电位仅为400 mV。当利用循环伏安法循环1000次后，NiCo₂S₄/ReS₂双电极系统的电压变化不明显以及在长期计时电位测试结果中也显示出优异的稳定性。其性能与其他非贵金属基催化剂的性能相比也十分优异，证实了NiCo₂S₄/ReS₂作为高效全水解电催化剂的潜力。

理论和实验表征表明，容易产生HER的原因是界面S位上H^*的吸附能较弱，这是界面S位点与ReS₂外部的S原子相比缺乏电子的结果，平均差异为0.02e⁻。在NiCo₂S₄/ReS₂界面，Ni（或Co）原子与ReS₂层中的S原子之间形成了Ni-S（或Co-S）键，其中部分电子从Ni（或Co）原子转移到ReS₂层中的S原子。

因此，NiCo₂S₄层中Ni或Co-邻位S原子中的电子被转移到需要电子的Ni和Co金属中，最终成为缺电子的S位点。本研究为合理设计在广泛pH范围内通用的HER电催化剂提供了一种简便的制备方法。此外，通过诱导自旋交叉表面或界面金属原子通过电子转移增强催化反应动力学的策略同样对未来研究具有推动作用。

Electron transfer-induced metal spin-crossover at NiCo₂S₄/ReS₂ 2D–2D interfaces for promoting pH-universal hydrogen evolution reaction, Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/adfm.202210072.

https://doi.org/10.1002/adfm.202210072.

2. Adv. Funct. Mater.：Ni/Co双原子位点的邻近电子效应协同促进电催化氧还原和析氢

随着传统化石燃料的短缺和环境污染的加剧，开发可持续的、清洁的替代能源势在必行。金属-空气电池和电解水技术因其能量转换效率高、零碳排放等优点，被认为是绿色和可再生能源生产和储存的关键技术。氧还原反应（ORR）和析氢反应（HER）是金属-空气电池和电解水的核心反应，但在现有技术中，它们的动力学缓慢，阻碍了能量转换效率的提高。因此，需要适当的电催化剂来降低反应的能垒，促进反应动力学。到目前为止，Pt基催化剂仍然是最优异的催化剂，但其成本高、稳定性差、储存量低严重限制了其大规模应用。因此，开发高性能、稳定的非贵金属基ORR和HER电催化剂，达到与Pt基催化材料相当甚至更好的水平迫在眉睫。

中国石油大学（华东）潘原等人提出了一种Ni/Co双原子位点（DASs）的邻近电子效应（PEE），Ni/Co双原子被固定在 N 掺杂的碳（N-C）上（NiCo DASs/N-C），用于协同促进电催化ORR和HER。

NiCo DASs/N-C电催化剂在碱性和酸性溶液中表现出优异的半波电位（0.880和0.754 V），远高于单一金属催化剂Ni SAs/N-C（0.716和0.618 V）和Co SAs/N-C（0.746和0.661 V），在碱性电解质中NiCo DASs/N-C和Co SAs/N-C半波电位的差距，说明相邻的Ni-N₄位点对促进Co-N₄位点的ORR动力学有显著的作用。除了优异的ORR活性外，NiCo DASs/N-C也表现出优异的HER活性。

与Ni SAs/N-C（579和598 mV）和Co SAs/N-C（587和560mV）相比，NiCo DAS/N-C在碱性和酸性条件下只需要更低的189和260mV 的过电位就能达到10 mA cm^-2的电流密度。通过旋转圆盘电极实验，对NiCo DAS/N-C的ORR过程进行了研究。在比Pt/C催化剂低0.2至0.9 V的电位范围内，NiCo DASs/N-C的电子转移数为3.9-4，表明NiCo DASs/N-C催化的ORR过程是从O₂到H₂O的高选择性四电子还原过程。

加入甲醇后NiCo DASs/N-C的相对电流略有变化，而商用 Pt/C的下降幅度更大，表明NiCo DASs/N-C的甲醇耐受性优于 Pt/C。此外，通过循环伏安测试和计时电位测试还表明NiCo DASs/N-C在碱性和酸性电解质中具有出色的稳定性。

原位表征结果表明，Co-N₄是O₂吸附活化过程的主要活性位点，促进了关键^*OOH的形成和^*OH中间体的脱附，从而加速了多电子反应动力学。理论计算表明，相邻Ni-N₄位点可以有效调节邻近Co-N₄位点的电子，促进Co-N₄位点上的^*OH脱附和^*H吸附，从而显著促进ORR和HER过程。本研究为设计高效的双功能电催化剂提供了指导，具有广阔的应用前景。

Proximity Electronic Effect of Ni/Co Diatomic Sites for Synergistic Promotion of Electrocatalytic Oxygen Reduction and Hydrogen Evolution, Adv. Funct. Mater., 2022, DOI：10.1002/adfm.202210867.

https://doi.org/10.1002/adfm.202210867

3. ACS Nano：Co₄N基体中原子分散的铂以金属键合Pt-Co作为有效的产氢电催化剂

氢具有高能量密度和环保等优点是化石燃料的理想替代品。在各种已开发的可用方法中，电解水制氢具有许多优点，如可持续性、清洁性和高纯度。为了提高电解水制氢的电催化性能，人们致力于开发高效的电催化剂来加速析氢反应（HER）的反应动力学。迄今为止，Pt族金属是最优异的催化剂，它们的成本和稀缺性是其大规模实际应用的障碍。虽然已经报道了几种非贵金属基的电催化剂，具有成本效益和良好的活性，但其催化活性在工业应用中仍不理想。

因此，皇家墨尔本理工大学马天翼和青岛科技大学王磊（共同通讯）采用溶剂热处理、单宁酸处理、氮化处理等方法，在泡沫镍表面制备了银杏叶状Co₄N与微量铂金属通过Pt-Co键偶联 (T-Pt-Co₄N)的催化剂，研究了其对 HER性能的影响。

在碱性和中性电解质中，T-Pt-Co₄N只需要31mV 和27mV的低过电位即可分别达到10mA cm^-2的电流密度，超过了基准 Pt/C 和以前报道的催化剂。T-Pt-Co₄N除了用于HER，所制备的T-Co(OH)F催化剂在碱性电解质中以1.51 V的电位表现出优异的OER活性，以达到10mA cm^-2的电流密度。

因此，以T-Pt-Co₄N和T-Co(OH)F分别作为阴极和阳极电极进行全水解，当电流密度为10mA cm^-2时电压仅为1.55 V，其比商业Pt/C和RuO₂和大多数报道的催化剂组成的全解水系统的性能要优异。此外，T-Pt-Co₄N在研究的介质中表现出优异的长期稳定性，并且在可持续能源的帮助下能够高效进行全水解。

通过密度泛函理论（DFT）计算，阐明了T-Pt-Co₄N中各组分的协同作用对优化碱性介质中HER的电催化性能的影响。从T-Pt-Co₄N的二维电荷差等值面可以看出电子的强离域，为电子从Pt转移到Co提供了电位通道。

此外，通过计算得到T-Pt-Co₄N和T-Co₄N的积分晶体轨道哈密顿粒子数值分别为-1.37 eV和+1.24 eV，表明引入微量Pt后化学键更强。此外，通过DFT计算还研究了HER过程的动力学能垒。T-Pt-Co₄N的水分解能垒相对于T-Co₄N和Pt（111）最低，为0.58 eV，证明引入了微量Pt后加速了Volmer过程。

此外，T-Pt-Co₄N的氢吸附自由能比T-Co₄N小，说明吸附/脱附过程比T-Co₄N更容易。理论计算结果表明微量的Pt的引入可以调节催化剂的表面性质，降低水解离能垒，优化反应中间体的吸附/脱附，有效地提高了电催化性能。本文的合成策略为在能源相关领域开发和制备催化剂开辟了一条有效的道路。

Metallic-bonded Pt-Co for atomically dispersed Pt in the Co₄N matrix as an efficient electrocatalyst for hydrogen generation, ACS Nano, 2022, DOI: 10.1021/acsnano.2c04090.

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4. Small：中空NiCoP纳米棱柱作为碱性介质中尿素辅助制氢的双功能电催化剂

电解水反应包括析氧反应（OER）和析氢反应（HER）被认为是大规模生产高纯度氢气的有效途径。然而由于阳极OER的高热力学平衡势，电解水生产氢气的能耗仍然是不经济的。尽管已经设计了各种HER/OER催化剂来提高电解水的效率，但缓慢的OER动力学严重限制了通过水分解产生氢气的效率。因此，用其他具有低热力学能垒的阳极反应取代OER是一种降低电解制氢成本和能耗的可行策略。尿素氧化反应（UOR）由于其成本低和相对较低的热力学势等优势被认为是一个有前景的替代OER的反应。具有6e^–转移的UOR过程也会导致不利的动力学，这需要高性能的电催化剂来提高效率。基于此，福州大学陈栋阳和谢在来（共同通讯）利用普鲁士蓝类似物通过自模板配位反应和气相磷酸化策略合成空心NiCoP纳米棱柱催化剂。

得益于强的电子相互作用、独特的中空纳米结构和增强的质/荷转移，精心设计的空心NiCoP纳米棱柱表现出对UOR和HER的卓越的双功能电催化性能，并在碱性介质中长期稳定运行。

其中，电流密度为10、50、100 mA cm^-2时，HER具有较低的电位为-0.052、-0.115和-0.159 V, UOR的超低电位为1.30、1.36和1.42 V。此外，在一个尿素辅助的全解水系统中，NiCoP中空纳米柱只需要1.36、1.49和1.57 V的电压就可以提供10、50和100 mA cm^{– 2}的电流密度，比传统的全解水低170、180和200 mV。

此外，NiCoP中空纳米柱双电极系统在电位为1.4 V和1.5 V时测得的产氢率分别为164.1和514.7 µmol h^-1，优于Pt/C和RuO₂电极系统。更重要的是，在连续运行40 小时的水和尿素电解均呈现出优异的稳定性。

理论计算表明，Co取代后NiCoP的电子态发生了明显的变化，即在费米能级上NiCoP的态密度远高于Ni₂P，表明其在HER/UOR过程中具有更快的电子传递能力和电催化动力学。此外，计算得到Ni₂P和NiCoP的水解离能分别为0.93和0.68 eV，水吸附能分别为-0.38和-0.66 eV，氢吸附自由能分别为-0.45和-0.27 eV，表明Co取代Ni₂P能有效促进水分子的吸附解离，优化活性氢原子的吸附以及脱附。

此外，还获得了尿素分子的吸附能。这项工作促进了具有中空结构的双金属磷化物催化剂在电化学制备清洁能源中的应用，并为富尿素废水的电解提供了一个成功的范例。

Hollow NiCoP nanoprisms derived from prussian blue analogues as bifunctional electrocatalysts for urea-assisted hydrogen production in alkaline media, Small, 2022, DOI：10.1002/smll.202205547.

https://doi.org/10.1002/smll.202205547.

5. Angew. Chem. Int. Ed.：利用几何位点平衡尖晶石钴氧化物的活性和稳定性实现电催化析氧

日益严重的化石燃料短缺和耗竭使得人们越来越关注能源转换/存储技术，例如可充电的金属-空气电池和电力驱动的电解水。遗憾的是，过高的过电位和缓慢的动力学极大地阻碍了阳极的关键过程——析氧反应（OER），设计活性的、稳定的OER催化剂对于各种能量转换装置至关重要。目前，虽然铱（Ir）或钌（Ru）基纳米材料被用作OER的高效催化剂，但是它们的高价格和稀缺性给它的广泛应用蒙上了阴影。因此，这一限制对寻找更理想的OER电催化剂提出了相当大的要求。

因此，兰州大学安丽等人在不破坏(Co)_tet(Co₂)_octO₄的正常尖晶石结构的情况下获得Ni/Mn取代的(Co)_tet(Co₂)_octO₄（其中“tet”表示四面体位点，“oct”表示八面体位点）尖晶石氧化物纳米片（NSs）。

经过iR校正和归一化后， (Ni,Mn)- (Co)_tet(Co₂)_octO₄ NSs作为性能最好的电催化剂，其OER性能大大优于商用Ir/C（20%），与最近报道的最先进的OER催化剂相比，无疑可以被归类为高效的OER电催化剂。此外，氧化/还原电势与扫描速率之间的高度相关系数表明(Ni,Mn)-(Co)_tet(Co₂)_octO₄ NSs具有催化反应的敏感表面，(M)-(Co)_tet(Co₂)_octO₄ (M = Ni/Mn) NSs表现出不同的赝电容行为，它们的内在OER活性与赝电容电荷密切相关。

此外，基于八面体位点的取代度给出了OER活性对比（10 mA cm^-2电流密度下的过电位）。这种活性对比表明，具有较高的取代度、较大的Co²⁺/Co³⁺比值、较低的钴价态率的(Ni,Mn)-(Co)_tet(Co₂)_octO₄ NSs对OER更有活性。特别是使用连续计时电位法和循环伏安法对催化剂的稳定性进行了测试，(Ni,Mn)-(Co)_tet(Co₂)_octO₄ NSs展现出优异的稳定性。

进一步应用密度泛函理论（DFT）计算来研究(Ni,Mn)-(Co)_tet(Co₂)_octO₄ NSs的显著OER性能。引入Ni和Mn原子不会引起费米能级附近电子分布的显著变化，表面几何八面体位点是主要的电活性位点，而几何四面体位点则由反键轨道主导。

此外，表面的Ni位点可以激活附近的O位点，使其更富电子。还注意到，Ni和Mn位点的掺入不会引起任何明显的结构扭曲，保证结构的稳定性。DFT计算表明，Ni和Mn位点可以通过有效的电子转移来提高活性。此外，通过非协同质子-电子机制，Ni/Mn取代导致的表面氧缺乏触发了自优化的表面重建。

重要的是，在这种表面活化后，Act-(Ni,Mn)-(Co)_tet(Co₂)_octO₄ NSs具有与初始(Ni,Mn)-(Co)_tet(Co₂)_octO₄ NSs相似的OER活性，分别在10 mA cm^-2、50 mA cm^-2或100 mA cm^-2下表现出100小时的优异稳定性。在深入了解不同几何位点的贡献的基础上，未来的工作有望实现更精确的调制和电催化活性的显著改善。

Balancing activity and stability in spinel cobalt oxides through geometrical sites occupation towards efficient electrocatalytic oxygen evolution, Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI：10.1002/anie.202214600.

https://doi.org/10.1002/anie.202214600.

6. Nano Lett.：表面富氧 Bi@C 纳米粒子高效电还原二氧化碳制甲酸盐

目前，实现碳中和能源循环已成为全球研究的热点。利用可再生能源进行电化学二氧化碳还原反应（CO₂RR）以产生附加值燃料和化学物质是一个有希望达到碳中和的策略。在各种CO₂RR产物中，考虑到市场价格和电力成本，甲酸盐/甲酸是最有前途的候选产物之一。迄今为止，许多研究试图探索和设计CO₂RR 制备甲酸盐/甲酸的催化剂，然而，重金属Cd和Hg的生产成本高、毒性大，稀有金属In和Pd价格昂贵，Sn基催化剂的催化选择性低、过电位高。

相比之下，天然丰富的Bi基催化剂以其毒性低、成本低、HER 活性低等优点，引起了人们对利用其 CO₂RR制备甲酸盐/甲酸催化剂的广泛关注。南开大学张凯和中国科学技术大学陈维等人报道了表面富氧的碳纳米棒负载铋纳米颗粒（SOR Bi@C NPs）催化剂的绿色制备策略及其对甲酸盐的高效CO₂RR。

与Ar饱和电解液相比，Co₂饱和电解液中由于CO₂RR的存在，SOR Bi@C NPs和Bi@C NPs两种催化剂的电流密度都大大提高。然而，SOR Bi@C NPs在Ar饱和电解质中的电流密度远低于Bi@C NPs，说明SOR Bi@C NPs可以有效地抑制析氢副反应。为了进一步评价SOR Bi@C NPs的CO₂RR的活性和选择性，在CO₂饱和的0.5 M KHCO₃溶液中进行了计时电位测试。

正如预期的那样，甲酸盐是唯一的液体产物，还有少量的CO和H₂作为气体产物。在630 mV 的低过电位下，法拉第效率可达92%以上。在-0.99 V和-1.24 V时（相比于RHE），法拉第效率可以达到95.0%和91%以上，表明其CO₂RR的广泛适用潜在范围并优于大多数Bi基催化剂。

为了进一步评估SOR Bi@C NPs的CO₂RR催化性能，在1.0 M KOH电解液中利用气体扩散层电极在起始电位为-0.68 V（相对于RHE）以及总电流密度为100 mA cm^-2的情况下，在-1.12 V（相对于RHE）时，法拉第效率峰值达到90%，进一步说明SOR Bi@C NPs具有优异的电催化CO₂RR性能。

理论计算用于阐明高法拉第效率的机制和SOR Bi@C NPs的活性。CO₂分子在纯Bi（110）面上的吸附自由能为正，因此CO₂分子吸附比较困难。Bi-O在Bi（110）上修饰后，CO₂的吸附自由能大大降低到负值，表明Bi-O/Bi（110）上更容易吸附CO₂。对于Bi-O/Bi（110），^*OCHO的吉布斯自由能为-1.3 eV，远低于Bi（110）的吉布斯自由能（0.7 eV），表明Bi-O/Bi（110）结构是SOR Bi@C NPs优异CO₂RR性能的原因。

此外，不同的电荷密度揭示了Bi-O/Bi（110）结构促进甲酸盐产生的机理，吸附在Bi-O/Bi（110）上的^*OCHO有更多的电子聚集，这有利于稳定^*OCHO进一步促进CO₂的吸附和甲酸盐的产生。本文报道了利用CO₂RR高效生产甲酸盐的铋基电催化剂的简单制备方法，为开发先进的电催化剂开辟了一条新的途径。

Surface-oxygen-rich Bi@C nanoparticles for high-efficiency electroreduction of CO2 to formate, Nano Letter, 2022, DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c03573.

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c03573.

7. J. Am. Chem. Soc.：磷掺杂单晶四元硫化物纳米带实现高效可见光光催化析氢

氢能是传统化石能源的最佳替代能源之一，基于半导体的光催化制氢为太阳能制氢提供了一种理想的方法。然而较早的半导体光催化剂保持了较低的能量转换效率，这是由于太阳能吸收范围较窄，光生载流子分离效率较差以及活性位点有限。此后，为了优化催化剂光催化性能采取了各种策略，元素掺杂在这方面具有很大的潜力，它可以增强光吸收，促进载流子分离和输运，并提供额外的活性位点。

为此，中国科学技术大学俞书宏等人将磷（P）掺杂到二维单晶四元硫化物Cu–Zn–In–S（CZIS）纳米带中使光催化制氢显著增强。

以硫化钠和亚硫酸钠为空穴牺牲剂，在可见光照射下（λ > 400nm）对P掺杂 CZIS纳米带的光催化产氢性能进行了研究。P掺杂的CZIS纳米带的光催化活性随着反应时间的增加而增加，达到12.2 mmol h-¹g^-1的最高光催化产氢速率，这是CZIS 纳米带（3.4 mmol h^-1g^-1）的3.5倍和Pt修饰的CZIS纳米带（6.5 mmol h^-1g^-1）的2倍，并且优于最多报道的基于Cu的四元硫化物光催化剂。

然而，反应时间较长的P掺杂CZIS纳米带的光催化活性较低，这表明适度的P掺杂是获得最佳活性的必要条件。P掺杂的CZIS纳米带表现出反应温度，反应时间和质量比依赖性的光催化活性，以质量比（Na₂H₂PO₂/CZIS 纳米带）为7:1在300 ° C保持60分钟合成方法下合成了最佳的P原子比为3.69%的P掺杂CZIS纳米带催化剂。

P掺杂可以通过调节四元硫化物纳米带的能带结构和电荷动力学而不改变其特殊的结构和表面，从而提高可见光光催化制氢性能。利用超快光谱技术详细研究了P掺杂对载流子动力学的影响，结果表明 P 掺杂可以有效地促进光生载流子的分离，从而提高光催化性能。与纯的CZIS纳米带相比，P-CZIS纳米带在光催化析氢速率不仅大大提升，并且在测试24小时后活性衰减可以忽略不计。

此外，这种P掺杂策略对单晶Cu–Zn–Ga–S纳米带具有通用性，实现了3倍的光催化析氢活性。元素掺杂工程的思想为合理设计先进的半导体光催化剂提供了一条途径，用于高效率的太阳能-燃料转化。

Phosphorus-doped single-crystalline quaternary sulfide nanobelts enable efficient visible-light photocatalytic hydrogen evolution, Journal of the American Chemical Society, 2022, DOI: 10.1021/jacs.2c07313.

https://doi.org/10.1021/jacs.2c07313.

8. Nat. Commun.：分子氧提高H₂O₂的利用使甲烷光催化转化为液相氧化合物

甲烷被认为是未来能源和化工生产的丰富和有前途的原料，特别是在发现大量页岩气和甲烷水合物储量之后。甲烷直接转化为高附加值化学品一直是人们关注的焦点，但由于甲烷具有稳定的碳氢键、较小的极化率、较高的电离电位和较低的电子亲合能稳定性，这一问题仍然是一个长期存在的挑战。传统的非均相热催化甲烷选择性转化需要苛刻的反应条件如高温和/或高压。最近，人们探索了光催化技术，在室温和常压下选择性地将甲烷主要转化为有价值的液态氧。

中国科学技术大学黄伟新等人报道了 O₂作为一种有效的分子添加剂，通过抑制H₂O₂在氧化物上的吸附以及通过光生空穴介导的H₂O₂解离为O₂来提高H₂O₂的利用效率。

在没有Xe光照的情况下，H₂O₂在各种氧化物（P25, ZnO, Fe₂O₃, WO₃, CuO和V₂O₅）上在300 K下几乎不能分解。在Xe光照下，在没有氧化物存在的Ar气氛中H₂O₂轻微分解为为O₂，但在有氧化物存在的气氛中H₂O₂主要分解为O₂，表明光生空穴介导的H₂O₂分解很容易发生。在不同的TiO₂纳米晶体上观察到光催化H₂O₂分解依赖于表面结构。TiO₂纳米晶体{001}的光催化活性和O₂选择性最低，而TiO₂纳米晶体{101}的光催化活性和O₂选择性最高。C₃N₄的光催化H₂O₂分解较差，与相应的TiO₂纳米晶体相比TiO₂纳米晶体-C₃N₄复合材料的光催化活性和O₂选择性明显下降。

此外，这种O₂抑制效应随TiO₂纳米晶体和TiO₂纳米晶体-C₃N₄复合材料的结构而变化。在Ar气氛中，H₂O₂分解百分比/H₂O₂分解速率/O₂选择性在TiO₂纳米晶体{001}上分别为31.2%/610.9 μmol h⁻¹/93.0%，在10% O₂/Ar气氛中下降到15.4%/301.5 μmol h⁻¹/91.8%。在Ar气氛中，TiO₂ {001}-C₃N₄-0.1为20.4%/399.4 μmol h⁻¹/89.0%，在10% O₂/Ar气氛中降低至8.26%/161.7 μmol h⁻¹/86.4%。

因此在光催化反应中，O₂是一种通用且有效的分子添加剂可以抑制H₂O₂在氧化物光催化剂上的吸附，从而光生空穴介导的H₂O₂分解为O₂。这种抑制作用，连同TiO₂{001}-C₃N₄异质结内的有效电荷分离，光生空穴介导的CH₄在TiO₂{001}上活化为·CH₃自由基，光生电子介导的H₂O₂在C₃N₄上活化为·OOH自由基，以及甲醇在TiO₂{001}上的优先吸附解离，在甲烷与H₂O₂和O₂的光催化转化过程中，H₂O₂的利用率达到了前所未有的93.3%，对以甲酸为主要产物的液相氧化产物具有较高的活性和选择性。因此，本研究表明在基于氧化物的光催化剂上，在光催化氧化反应中同时使用H₂O₂和O₂是一种很有前景的策略以实现高H₂O₂利用率和优良的光催化性能。

Molecular oxygen enhances H₂O₂ utilization for the photocatalytic conversion of methane to liquid-phase oxygenates, Nature Communications, 2022, DOI：10.1038/s41467-022-34563-4.

https://www.nature.com/articles/s41467-022-34563-4