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富氧空位Co3O4碳基材料通过耦合水氧化与氧还原反应实现高效光催化H2O2制备

DOI：10.1021/acsaem.9b01712 期刊：ACS Applied Energy Materials 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 光催化制备过氧化氢（H?O?）是缓解能源危机的有效策略，因为H?O?是一种重要的液态化学品和燃料。然而，以下问题严重制约了该技术的发展：(1) 选择性低；(2) 稳定性差（通常少于5个短期循环）；(3) 电荷快速复合；(4) 需要空穴捕获剂；(5) 依赖氧气饱和环境。本研究报道了一种碳负载富氧空位Co?O?纳米片（C-ovCo）光催化剂，通过耦合低能垒（1.1 eV）的双电子水氧化（WOR）和双电子氧还原反应（ORR），实现了无需空穴捕获剂的H?O?高效制备。该体系中，氧空位可降低带隙、增强施主密度、改善电荷分离与迁移并作为WOR活性位点，而碳载体则负责电子传递并作为ORR活性位点。在可见光（λ ≥ 420 nm）照射下，该催化剂展现出最优H?O?产率3.78 mmol h?1 g?1，420 nm处的表观量子效率（AQE）为16.7%，太阳能-化学能转化效率（SCC）达0.4%。其超过720小时（30个长期循环）的稳定性也优于现有先进光催化体系。
作者： Cheng Zhu，Mengmeng Zhu，Yue Sun，Yunjie Zhou，Jin Gao，Hui Huang，Yang Liu，Zhenhui Kang
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

开发一种碳负载富氧空位Co3O4（C-ovCo）作为高效光催化剂，通过耦合双电子水氧化（WOR）和双电子氧还原反应（ORR）实现选择性高效制备过氧化氢。

研究成果

碳负载富氧空位Co3O4（C-ovCo）光催化剂通过耦合水的氧化和氧的还原反应，在过氧化氢生产中展现出高效率和稳定性，为可持续能源转换提供了一种有前景的方法。

研究不足

该研究聚焦于特定条件下的H2O2光催化制备，未深入探讨该工艺的可扩展性或大规模生产的经济可行性。

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