本网讯（通讯员 金晓丽）近日，我院光催化团队在国际学术期刊《Journal of Colloid And Interface Science》（中科院一区，TOP期刊，IF=9.4）发表题为：“Boosting H2O2 production via two-electron oxygen reduction with O-doped g-C3N4 decorated with Ti3C2Tx quantum dots”的研究论文。硕士研究生吕雄涛为第一作者，谢海泉教授、金晓丽副教授及哈尔滨工业大学吕查德教授为通讯作者，南阳师范学院为第一完成单位。
过氧化氢（H2O2）作为一种重要的工业化学品，广泛应用于医疗灭菌、废水处理、有机合成等领域。然而，传统的蒽醌法生产工艺存在能耗高、环境污染严重等问题，限制了其可持续发展。光催化技术利用太阳能将水和氧气转化为H2O2，为H2O2绿色合成提供了新途径。
石墨相氮化碳（g-C3N4）光催化剂在太阳能转化方面具有广阔前景，但其光吸收范围窄、电子-空穴复合快等问题限制了其应用。为解决这些问题，研究团队通过水热法将Ti3C2Tx MXene量子点（TQDs）与氧掺杂的空心纳米管状g-C3N4（O-CN）结合，构建了具有肖特基异质结界面的O-CN@TQDs复合材料。实验表明，O-CN@TQDs在可见光的H2O2生成速率显著提升，达到868.9 μmol g-1 h-1，是未改性g-C3N4的10.8倍，展现了优异的光催化性能。性能显著改善得益于O掺杂和TQDs修饰对光吸收拓宽及异质结界面电荷分离效率的增强。
通过系统的实验表征和理论计算，研究团队揭示了O-CN@TQDs高效光催化生成H2O2的机制。在可见光照射下，O掺杂和TQDs修饰的协同效应促进了光生载流子的快速分离。具体而言，电子通过肖特基结界面从O-CN转移到TQDs，TQDs作为电子受体，通过单电子还原过程将O2活化为超氧自由基（•O2ˉ）。生成的•O2ˉ再与H+和电子进一步反应，生成H2O2。此外，由于O-CN@TQDs表面的亲和力降低，生成的H2O2能够快速脱附，避免了产物积累对催化活性的抑制，从而显著提升了催化效率。这一过程揭示了界面电荷传输与表面化学修饰的协同增效机制，为高效光催化剂的设计提供了新思路。
该工作得到了国家自然科学基金、河南省科技攻关项目及南阳师范学院青年骨干教师项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jcis.2025.02.025
