利用太陽能進(jìn)行光催化生產(chǎn)過氧化氫（H ₂ O ₂ ）是一種綠色化學(xué)合成的有效途徑。光催化生產(chǎn)H ₂ O ₂ 面臨兩個(gè)主要挑戰(zhàn)：一是深入了解H ₂ O ₂ 的光催化機(jī)制，包括激發(fā)態(tài)的形成、載流子動(dòng)力學(xué)及表面反應(yīng)；二是通過材料科學(xué)的進(jìn)步，開發(fā)有效的光催化劑以增強(qiáng)該技術(shù)的實(shí)用性。這兩個(gè)目標(biāo)相輔相成，新的基本光催化機(jī)制的發(fā)現(xiàn)推動(dòng)了新型材料的開發(fā)，反之亦然。過去十年，基于2D材料的光催化劑因其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)在H ₂ O ₂ 生產(chǎn)領(lǐng)域獲得了顯著進(jìn)展。

國(guó)際著名期刊 Advanced Energy Materials 最近發(fā)表了由 昆士蘭大學(xué)Zhang Xiwang、Zeng Xiangkang、昆士蘭科技大學(xué)Ifra Marriam 合作撰寫的綜述文章 “Engineering 2D Photocatalysts for Solar Hydrogen Peroxide Production” 。該綜述詳細(xì)探討了2D材料在光化學(xué)H ₂ O ₂ 生產(chǎn)中的應(yīng)用，從光化學(xué)生成H ₂ O ₂ 的基本原理入手，詳細(xì)分析了光子吸收、載流子動(dòng)力學(xué)、表面反應(yīng)等關(guān)鍵步驟，闡述了2D材料在每個(gè)步驟中應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)的能力。文章還細(xì)致介紹了多種基于2D材料的光催化劑，并討論了優(yōu)化光催化性能的工程策略，最后概述了設(shè)計(jì)用于太陽能H ₂ O ₂ 生產(chǎn)的基于2D材料的光催化劑所面臨的挑戰(zhàn)和未來的機(jī)遇。

詳細(xì)介紹了太陽能H ₂ O ₂ 生產(chǎn)的三個(gè)關(guān)鍵階段：光子吸收、載流子動(dòng)力學(xué)和表面反應(yīng)。探討了這些階段中存在的挑戰(zhàn)，以及2D材料在克服這些挑戰(zhàn)中的潛在優(yōu)勢(shì)。

回顧了過去十年中在光催化H ₂ O ₂ 生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用的多種2D材料，特別是氮化碳和共價(jià)有機(jī)框架材料等。探討了這些材料在光催化過程中的表面化學(xué)和電子結(jié)構(gòu)特性，并評(píng)估了與H ₂ O ₂ 生產(chǎn)相關(guān)的熱力學(xué)和穩(wěn)定性。

深入研究了針對(duì)2D材料的設(shè)計(jì)和改性策略，跨原子、分子、晶體和異質(zhì)結(jié)水平，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了各策略的作用機(jī)制和研究案例。

過去十年中，2D光催化劑的研究顯著加速，但當(dāng)前的太陽能轉(zhuǎn)換效率與理論最大值（24.5-27.5%）之間還存在差距。文章從多維度探討了未來研究的重點(diǎn)方向，包括材料應(yīng)用、2D結(jié)構(gòu)特征、機(jī)理研究、先進(jìn)表征技術(shù)和理論計(jì)算方法、催化劑評(píng)價(jià)體系和實(shí)際應(yīng)用等。