近日，我院苏耀荣教授团队在国际顶级学术期刊《Angewandte Chemie International Edition》上发表题为“Achieving Free‐Electron Transfer Reversal and dz2‐Orbital Occupancy Modulation on Core‐shell NiS@Au Cocatalysts for Highly Selective H2O2 Photosynthesis”的最新研究成果。新材料与新能源学院为第一完成单位、第一通讯单位，钟威副研究员、孟爱云副教授为论文共同第一作者，苏耀荣教授为第一通讯作者，中国地质大学（武汉）的余火根教授、余家国教授为共同通讯作者。
过氧化氢（H2O2）是一种便于储存和运输的清洁燃料，且作为环保型氧化剂广泛应用于有机合成、饮用水处理、废水处理等工业和医疗卫生领域。然而，传统蒽醌法合成H2O2存在能耗高、环境污染大、工艺流程复杂等问题。近年来，基于半导体材料的光催化氧还原制H2O2技术具有反应条件温和、操作简便可控、能耗低等优点，是代替蒽醌法制备H2O2有效途径之一。然而，目前报道的半导体光催化材料存在氧分子吸附能力弱、两电子氧还原产H2O2选择性差的问题，导致光催化制H2O2效率低。
针对上述问题，苏耀荣教授研究团队采用定向吸附-原位光电子还原策略在典型g-C3N4半导体材料表面合成了核壳型NiS@Au异质相助催化剂，在空气中实现了高效、高选择性的氧还原产H2O2性能，制H2O2速率达5.3 mmol/h/g。通过实验表征结合理论计算表明：NiS耦合Au纳米颗粒可诱导界面自由电子从Au壳反向转移至NiS核，使得表面Au原子的dz2轨道占据态降低，从而增强O2分子吸附和稳定*OOH中间体，最终赋予NiS@Au异质相助剂高选择性两电子氧还原产H2O2反应。此外，核壳NiS@Au助剂还能够快速转移光生电子，从而抑制光生电子-空穴对的复合。本研究建立了活性位点电子结构-界面催化反应动力学-光催化产H2O2效率之间的有效调控机制，为功能纳米材料的可控制备及其能源转换领域的应用提供了重要技术和理论支撑。
图1 NiS诱导界面自由电子反转降低Au原子的dz2轨道占据态以实现高选择性光催化产H2O2原理图
本工作得到了国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、广东省教育厅、深圳市科创委、深圳市超级金刚石与功能晶体应用技术重点实验室的支持。
《Angewandte Chemie International Edition》（德国应用化学）创刊于1888年，是德国化学学会（GDCh）的官方旗舰期刊，是国际化学领域最具影响力的期刊之一，当前影响因子为16.1，是中科院1区TOP期刊和Nature Index期刊。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202425038
