过氧化氢(H2O2)是一种无色液体化合物，具有很强的氧化性，可以有许多工业和医疗应用。该化合物一般通过蒽醌工艺合成，通过该工艺，化合物蒽醌与钯基材料结合催化二氢(H2) 到 H2O2与 O2从空中。

H2O2理论上也可以通过光催化合成，光催化是一种化学反应，需要通过添加催化剂使元素反应来吸收光。然而，使用现有催化剂很难可靠地实现这一点，这些催化剂可能对阳光反应较弱，需要牺牲试剂或在反应过程中活性不足。

江南大学和清华大学的研究人员最近推出了一种新的光催化剂，可用于可靠地生产H2O2仅从 H2O 和 O2通过光催化。这种光催化剂发表在Nature Energy的一篇论文中，基于自组装的四(4-羧基苯基)卟啉，这种化合物有时用于分析或去除金属。

“光催化H2O2生产只需要H2O， O2和阳光，这被认为是工业蒽醌方法的有前途的替代品，“进行这项研究的研究人员之一Chengsi Pan告诉Tech Xplore。“然而，由于117 kJ摩尔的高吉布斯自由能−1，大多数光催化系统需要牺牲试剂(例如，EtOH，IPA)来产生相当大的H2O2.自2018年以来，我们小组一直致力于开发一种可以连续产生H2O2没有牺牲试剂。

在他们之前的一项工作中，潘和他的同事测试了磷酸铋(BiPO4)作为生产H的光催化剂2O2.虽然他们的结果很有希望，但他们发现BiPO4仅对紫外线有反应，这限制了其使用并阻止了基于太阳能的应用。在他们的新研究中，他们因此着手评估另一种光催化剂，它基于窄带隙四(4-羧基苯基)卟啉超分子(TCPP)。

“我们采用了自组装的四(4-羧基苯基)卟啉纳米片(SA-TCPP)来实现所需的活性，”Pan解释说。“该材料是通过在NaOH中溶解商业散装TCPP并随后添加HCl来制备的。对于 H2O2生成实验，将一定量的SA-TCPP加入到仅装有水和O2冒泡。

为了评估光催化剂的活性，Pan和他的同事使用太阳模拟器在空气质量1.5光谱(AM 1.5G)下用溶液照射玻璃瓶，然后在353 K的高温下加热。在初始测试中，SA-TCPP光催化剂在1 nm处表现出1.940%的近红外波长量子效率和约1.2%的高太阳能化学转换效率。

“受到这些结果的鼓舞，我们评估了实验室制造的流动反应器中的光催化剂，结果是H2O2累积浓度约为1.1重量%，接近商业水平(3重量%)，这是产生商业水平H的第一个例子2O2通过光催化方法，“潘说。

“然后我们还发现SA-TCPP可以执行H2O2通过 O 的双途径生成2还原和 H2O氧化，与大多数先前报道的光催化剂相比，这是一个独特的特性。值得注意的是，我们观察到-COOH的引入可以帮助H2O氧化途径转化为-CO3H基团，随后进行热水解。

该研究小组进行的初步测试结果非常有希望，突出了他们提出的光催化剂对大规模生产H2O2使用太阳能灯。在未来，他们的工作可以为其他有机光催化剂的设计提供信息，这些有机光催化剂可以实现更高的太阳能效率，从而实现H的非牺牲性产生。2O2.

“我们现在计划探索未来工作的两个潜在领域：将我们的光催化剂与光热转化材料集成，以及重新设计反应器以实现超出实验室规模的产量增加，”潘补充说。

“通过将我们的光催化剂与光热转换材料相结合，我们只能通过光照射来提高其局部温度，从而减少了我们当前论文中报告的对外部热源的需求。此外，我们的目标是为H开发可扩展的原型设备2O2仅使用空气的SA-TCPP生产，H2O，并通过优化反应器设计和反应参数来优化阳光。