| 新興前沿——化學與材料科學領域 |
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| 高性能HER和ORR光催化劑的開發及其在太陽能燃料合成中的應用 |
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鑒于可擴展性和成本效益等因素，在各種各樣通過人工光合作用獲取太陽能燃料的反應中，太陽能驅動的水裂解制氫反應（HER）以及利用地球豐富的水和氧氣進行人工光合成H2O2的雙電子氧還原反應（ORR）受到了眾多研究者的關注。
在該新興前沿方向中，主要探討了高性能HER和ORR光催化劑的制備和優化路徑，以實現太陽能燃料（氫氣和雙氧水）的高效、快速制取。其中，針對HER光催化劑制取氫氣均圍繞提高共價有機框架化合物（COF）穩定性和提升電子離域能力兩方面展開。中國科學院福建物質結構研究所采用將COF中的N—酰腙連接基元（H-COF）不可逆氧化環化形成芳香性的惡二唑連接基元（ODA-COF）的策略，實現了COF化學穩定性和π電子離域能力的同時提高，制備的ODA-COF應用于光催化制氫可產生比不經修飾的H-COF多4倍的氫氣。由于碳碳雙鍵連接單元具有良好的穩定性且利于電子離域，青島科技大學基于Knoevenagel反應，制備了高結晶性的碳碳雙鍵連接的共軛COF（苯并二噻唑結構）材料，利用其光催化制氫的產氫速率可達15.1mmolh-1g-1。
針對ORR光催化制取H2O2研究，該新興前沿方向主要涉及COF和無機BiVO4兩種光催化材料的制備及其在H2O2合成中的應用。中國的三峽大學和澳大利亞的斯威本科技大學首次實驗證明基于聯吡啶的共價有機框架光催化劑（表示為COF-TfpBpy）可以在不存在犧牲試劑或緩沖液的情況下光催化生成H2O2。北京理工大學則開發了一種部分氟化、無金屬、亞胺連接的二維三嗪共價有機框架（TF50-COF）光催化劑，實現了1739μmolh-1g-1的H2O2產率。此外，浙江大學和日本中央大學利用無機Mo摻雜的多面BiVO4（Mo：BiVO4）制備了高效整體光催化H2O2生成系統，該系統可顯著增強電荷分離并可抑制電荷載流子的快速捕獲和復合，在全光譜下表觀量子產率為1.2%，太陽能到化學的轉化效率為0.29%，創下了無機半導體系統的新紀錄。■
《科學新聞》 (科學新聞2023年12月刊 封面)