光催化H₂O₂生產(chǎn)與有機(jī)合成的協(xié)同耦合在將太陽能轉(zhuǎn)化為可儲存的化學(xué)能方面具有廣闊的前景。然而，傳統(tǒng)的粉末光催化劑存在團(tuán)聚嚴(yán)重、光吸收受限、氣體反應(yīng)物可及性差、難以重復(fù)使用等問題，極大地阻礙了其大規(guī)模應(yīng)用。

在此，武漢理工大學(xué)余家國，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）張留洋等通過水熱法和光沉積法將疏水性TiO₂和Bi₂O₃固定在輕質(zhì)聚苯乙烯 (PS) 球上，合成了可漂浮的復(fù)合光催化劑?？善〉墓獯呋瘎┎粌H是太陽能透明的，而且還提高了反應(yīng)物和光催化劑之間的接觸。因此，可漂浮的分步法（S-scheme）TiO₂/Bi₂O₃光催化劑表現(xiàn)出顯著提高的H₂O₂產(chǎn)率（1.15 mm h-1）和糠醇向糠酸的良好轉(zhuǎn)化。此外，通過原位輻照X射線光電子能譜和飛秒瞬態(tài)吸收光譜分析系統(tǒng)地研究了S方案機(jī)制和動力學(xué)。原位傅里葉變換紅外光譜和密度泛函理論計算揭示了糠酸的演化機(jī)理?？善」獯呋瘎┑那擅钤O(shè)計不僅為最大化光催化反應(yīng)動力學(xué)提供了見解，而且為高效多相催化提供了新途徑。

基于所提出的反應(yīng)機(jī)理，密度泛函理論(DFT)計算在二氧化鈦(101)面上進(jìn)行，以進(jìn)一步驗證對FA生成的偏好。如自由能圖（圖 6e和表 S4）所示，速率決定步驟是α-氫在羥基上的第一個去質(zhì)子化過程（*R-CH₂OH – H⁺ + h⁺→*R-CH₂O）2.94 eV的能壘。對于R-CHO的生成，R-CHO的ΔG計算為1.94 eV。相比之下，*R-CHO轉(zhuǎn)化為*R-C(OH)₂是熱力學(xué)自發(fā)的，ΔG為-0.48 eV。因此，吸附的*RCHO中間體更傾向于被進(jìn)一步氧化解吸。

Bowen He, Zhongliao Wang, PengXiao, Tao Chen, Jiaguo Yu, Liuyang Zhang. Cooperative coupling of H₂O₂ production and organic synthesis over floatable polystyrene sphere-supported TiO₂/Bi₂O₃ S-scheme photocatalyst. Advanced Materials, 2022

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adma.202203225