复旦张立武EES：提高两个数量级！微滴高效光催化产生H2O2

太阳能驱动的生产过氧化氢（H₂O₂）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H₂O₂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-C₃N₄纳米片（CNNS）为代表，研究了微液滴中光催化生成H₂O₂，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H₂O₂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H₂O₂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H₂O₂光合作用。

在较小的微液滴中，光催化分解H₂O₂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 H₂O₂ 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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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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