中北大学李宁/胡胜亮、阿德莱德大学张华阳，Advanced Science

纳米人

2026-06-22

研究背景

过氧化氢（H₂O₂）是关键的绿色氧化剂，但工业蒽醌法高能耗、流程复杂。光催化合成虽前景广阔，却长期受限于质子供应瓶颈：水相中质子源自水解离，能垒高、扩散慢，导致催化剂表面形成“质子匮乏”微环境，严重制约反应速率。现有改性策略（如引入─SO₃H等含氧官能团）虽能改善质子传输，却面临有机材料易水解、制备繁琐等局限。

文章概述

本研究构建了一种共价连接的ZnIn₂S₄-碳量子点（ZIS-CDs），开发出一种耦合体系，将H₂O₂生成与呋喃醇（FFA）的选择性氧化相结合。ZIS-CDs异质结中内置的电场可有效促进电荷分离。在超干燥乙腈（ACN）-FFA体系中，FFA同时作为牺牲电子供体、氧化底物和质子来源。在氧化过程中，FFA为H₂O₂生成提供质子，并被选择性转化为糠酸（FA）。这种对电荷转移和质子供应的双重调控，使H₂O₂生成速率达到24 mmol·g⁻¹·h⁻¹，在400 nm波长下表现出14.57%的显式量子产率，太阳能到化学能转换效率达1.78%，且具有100%的选择性和98%的糠酸转化率。本研究提出了一种新策略，将有机转化与质子管理相结合，以提升光催化H₂O₂合成性能。

图文导读

图1 (a) 通过Schiff碱聚合缩合将CDs分子共价接枝到ZnIn₂S₄纳米带上的示意图。(b) CDs、(c) ZIS以及(d, e) ZIS-CDs的透射电子显微镜（TEM）和高分辨率TEM图像。(f)) 利用STEM-EDS对ZIS-CDs样品测得的C、N、O、Si、In、Zn和S元素分布图像。(g) ZIS、ZIS-CDs和CDs分子的XRD衍射图谱。(h) ZIS、ZIS-NH₂、ZIS-CDs和CDs分子的FTIR光谱。

图2 (a) ZIS-CDs在不同溶剂下的H₂O₂产率。(b) ZIS-CDs在不同FFA浓度下1小时内光催化H₂O₂生成速率。(c) 不同FFA浓度下ZIS-CDs上随时间变化的FFA浓度分布。(d) 不同FFA浓度下ZIS-CDs上随时间变化的H₂O₂浓度分布。(e) 16 mm FFA溶液中ZIS-CDs上FFA和FA浓度随时间的变化趋势。(f) 1.1 m FFA水溶液中ZIS-CDs光催化H₂O₂生成的稳定性。(g) 在1.1 m FFA条件下对ZIS-CDs进行光催化H₂O₂生成循环测试。(h, i) 对ZIS-CDs进行活性物种捕获实验。

图3 (a) DMPO-·O₂在氧气饱和糠醇中的ZIS-CDs上EPR信号。(b) DMPO-·C₅H₅O₂在FFA溶液中，于暗处和光照下在ZIS-CDs上的EPR信号。(c) DMPO-·OOH在氧气饱和糠醇中ZIS-CDs上的EPR信号；(d)暗处、(e) 光照条件下，ZIS-CDs暴露于ACN+FFA体系的原位DRIFTS光谱。

图4 (a) 紫外-可见-近红外吸收光谱。(b) 不同样品的光电流响应曲线和(c) 电化学阻抗谱（EIS）图。(d) 发光光谱。(e, f) ZIS-NH₂和ZIS-CDs的时分辨光致发光（TRPL）衰减曲线，附带拟合的寿命参数。

图5 (a) ZIS-CDs异质结光催化制备过氧化氢的机理。(b) ZIS-CDs的电荷密度差分分布图。(c) 通过2e⁻ ORR路径实现光催化H₂O₂合成时，ZIS-CDs的自由能图；绿色矩形框内的结构为吸附在ZIS-CDs表面的O₂还原中间体局部结构（e, f）不含*C₅H₅O₂，(g, h) 含*C₅H₅O₂。(d) 在氧气辅助下FFA氧化过程的能量变化曲线；橙色矩形框内的结构为FFA氧化过程中最优吸附在ZIS-CDs表面的中间体局部结构（i–l）不含*OOH，(m–p) 含*OOH。

相关研究成果以“Furfuryl Alcohol-Driven Proton Supply Enables Efficient Photocatalytic H₂O₂ Production Beyond Water-Based Systems”为题，发表于国际权威期刊《Advanced Science》。论文链接 https://doi.org/10.1002/advs.76085。论文由中北大学李宁/胡胜亮、太原科技大学任卫杰、阿德莱德大学张华阳共同通讯，硕士研究生白鹏飞和李宁教授为共同第一作者。