綜述：用于太陽能過氧化氫生產的二維光催化劑工程

研究背景：

利用太陽能進行光催化生產過氧化氫（H2O2）是一種綠色化學合成的有效途徑。光催化生產H₂O₂面臨兩個主要挑戰：一是深入了解H₂O₂的光催化機制，包括激發態的形成、載流子動力學及表面反應；二是通過材料科學的進步，開發有效的光催化劑以增強該技術的實用性。這兩個目標相輔相成，新的基本光催化機制的發現推動了新型材料的開發，反之亦然。過去十年，基于2D材料的光催化劑因其獨特的物理和化學性質在H₂O₂生產領域獲得了顯著進展。

文章簡介：

國際著名期刊Advanced Energy Materials最近發表了由昆士蘭大學Zhang Xiwang、Zeng Xiangkang、昆士蘭科技大學Ifra Marriam合作撰寫的綜述文章“Engineering 2D Photocatalysts for Solar Hydrogen Peroxide Production”。該綜述詳細探討了2D材料在光化學H₂O₂生產中的應用，從光化學生成H₂O₂的基本原理入手，詳細分析了光子吸收、載流子動力學、表面反應等關鍵步驟，闡述了2D材料在每個步驟中應對挑戰的能力。文章還細致介紹了多種基于2D材料的光催化劑，并討論了優化光催化性能的工程策略，最后概述了設計用于太陽能H₂O₂生產的基于2D材料的光催化劑所面臨的挑戰和未來的機遇。

本綜述結構示意圖

本文要點：

要點1：光催化H₂O₂生產的基本原理和挑戰

詳細介紹了太陽能H₂O₂生產的三個關鍵階段：光子吸收、載流子動力學和表面反應。探討了這些階段中存在的挑戰，以及2D材料在克服這些挑戰中的潛在優勢。

要點2：應用于光催化H₂O₂生產的2D材料

回顧了過去十年中在光催化H₂O₂生產領域中應用的多種2D材料，特別是氮化碳和共價有機框架材料等。探討了這些材料在光催化過程中的表面化學和電子結構特性，并評估了與H₂O₂生產相關的熱力學和穩定性。

要點3：2D光催化劑的設計和改性策略

深入研究了針對2D材料的設計和改性策略，跨原子、分子、晶體和異質結水平，重點強調了各策略的作用機制和研究案例。

要點4：前瞻

過去十年中，2D光催化劑的研究顯著加速，但當前的太陽能轉換效率與理論最大值（24.5-27.5%）之間還存在差距。文章從多維度探討了未來研究的重點方向，包括材料應用、2D結構特征、機理研究、先進表征技術和理論計算方法、催化劑評價體系和實際應用等。

文章連接：

Engineering 2D Photocatalysts for Solar Hydrogen Peroxide Production.?

Adv. Energy Mater.?2024, 2400740.?

https://doi.org/10.1002/aenm.202400740（Open Access）