H 2 O 2是一种绿色氧化剂和清洁燃料，在化学工业、环境处理甚至航空航天领域都有很高的需求。然而，传统的生产方法依赖于能源密集型的过程，这些过程并不环境友好。科学家们致力于寻找更绿色的替代品，利用太阳能驱动化学反应的半导体光催化已经成为一种有前途的解决方案。到目前为止，各种光催化剂，如 TiO 2、BiVO 4、金属有机配合物和有机聚合物，已经被用于 H 2 O 2光合作用。特别是具有成本效益的石墨相碳氮化物 (gC 3 N 4 )因其元素丰度、高结构稳定性和合适的能带结构在 H 2 O 2光合作用中引起了广泛关注。然而，传统 gC 3 N 4的结晶性差和在双电子氧还原反应 (2e - -ORR)中的选择性差，严重限制了 H 2 O 2的生产效率。因此，提高块体 gC 3 N 4的面内晶体度对于充分触发氧还原反应以实现高效的光催化 H 2 O 2生成至关重要。
最近，深圳科技大学苏耀荣教授带领的研究团队巧妙地克服了这些障碍。他们开发了一种新型光催化剂，即平面高度有序的 gC 3 N 4纳米棒，其中植入了钡 (Ba) 原子。这项创新不仅提高了平面结晶度，而且还诱导了高度选择性的 2e - -ORR，这是高效生产 H 2 O 2的关键。
Ba 原子注入纳米棒的神奇之处在于，它改变了氧分子 (O 2 ) 与光催化剂的相互作用方式。与有利于水生成的典型侧向结合不同，Ba 原子促进了更有利的端向结合。这一变化大大降低了 OO 键断裂的可能性，有效抑制了竞争性四电子反应并促进了 H 2 O 2的生成。与原始 gC 3 N 4相比，H 2 O 2的生成率提高了 6.1 倍。这一突破不仅优化了太阳能驱动的 H 2 O 2光合作用的光催化过程，而且为设计高效的太阳能转化为燃料的催化剂开辟了新的可能性，使我们更接近可持续的未来。该研究发表在《催化学报》上。