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近日，大連化物所催化基礎(chǔ)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室微納米反應(yīng)器與反應(yīng)工程學(xué)創(chuàng)新特區(qū)研究組（05T7組）劉健研究員團(tuán)隊(duì)和澳大利亞昆士蘭大學(xué)張西旺教授團(tuán)隊(duì)合作，在人工光合成過(guò)氧化氫（H2O2）研究方面取得新進(jìn)展，通過(guò)模擬植物葉片的氣孔結(jié)構(gòu)，有效提升催化劑光催化生產(chǎn)H2O2的性能，使其太陽(yáng)能到化學(xué)能（SCC）的轉(zhuǎn)化率達(dá)到1.23%。
人工光合作用可以利用太陽(yáng)能將地球上豐富資源轉(zhuǎn)化為必要的物質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。近年來(lái)，光催化合成過(guò)H2O2備受關(guān)注，因?yàn)镠2O2具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，可作為氧化劑和新興的能源燃料。但是，目前光催化生產(chǎn)H2O2的效率仍然較低。
本工作中，合作團(tuán)隊(duì)通過(guò)膠束介導(dǎo)界面自組裝策略，在還原氧化石墨烯（rGO）表面生長(zhǎng)二維的介孔間苯二酚-甲醛（RF）樹(shù)脂，形成RF樹(shù)脂-rGO-RF樹(shù)脂的三明治結(jié)構(gòu)。材料中的介孔通道猶如植物葉片的氣孔，可以有效的提升材料的傳質(zhì)能力。合作團(tuán)隊(duì)通過(guò)增強(qiáng)材料的電子傳遞和傳質(zhì)能力，促進(jìn)了光催化劑的光催化能力；在模擬太陽(yáng)光下，可實(shí)現(xiàn)1.23%的太陽(yáng)能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)化，這是目前文獻(xiàn)報(bào)道的粉末催化劑光催化H2O2生產(chǎn)領(lǐng)域的最高效率值。
RF樹(shù)脂作為一種窄帶隙半導(dǎo)體聚合物，近年來(lái)在光催化生產(chǎn)H2O2方面展現(xiàn)出重要潛力。劉健團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于酚醛樹(shù)脂納米材料的合成策略創(chuàng)新及功能化研究，取得了系列代表性成果：發(fā)展的St?ber法合成單分散的酚醛樹(shù)脂微球（Angew.Chem.Int.Ed.，2011），制備一系列孔徑及粒度可控的多孔微球，以及中空結(jié)構(gòu)、蛋黃—蛋殼結(jié)構(gòu)、碗形酚醛樹(shù)脂聚合物微納材料（Nat.Commun.，2013；Adv.Mater.，2019；ACS Nano，2022），從分子級(jí)有效調(diào)控酚醛樹(shù)脂微球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能基團(tuán)分布（Adv.Mater.，2022；Angew.Chem.Int.Ed.，2023）等。
相關(guān)研究以“Exceptional Photocatalytic Hydrogen Peroxide Production from Sandwich-Structured Graphene Interlayered Phenolic Resins Nanosheets with Mesoporous Channels”為題，于近日發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）上。該工作的共同第一作者是大連化物所05T7組畢業(yè)博士生田強(qiáng)、昆士蘭大學(xué)曾祥康、大連化物所05T7組博士研究生趙陳。以上工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。（文/圖田強(qiáng)、趙陳）
