2025年3月，王亚韡课题组在基于界面载流子调控的四溴双酚A光催化降解中H2O2持续产生研究中取得进展，相关研究以“Unexpected Persistent Production of H2O2 during Tetrabromobisphenol A Photocatalytic Degradation Based on Interface Carrier Regulation”为题，发表于Applied Catalysis B: Environment and Energy期刊。
光催化技术在H2O2生成和有机污染物降解方面展现出巨大的潜力。在传统的光催化产H2O2过程中，ORR技术被视为一种具有潜力的策略，即通过光催化剂上的光生e-将水中的溶解氧还原并转化为H2O2。在这一过程中，通常会添加牺牲性质子供体（如乙醇和异丙醇等）以促进H2O2的生成。这些质子供体通常会消耗光生h+，从而使更多的光生e-参与ORR过程生成H2O2。然而，额外添加质子供体不仅增加了成本，还由于光生h+和ROS的氧化能力未被充分利用，导致光催化系统的能量转换效率较低。因此，额外的能量输入和较低的能量转换效率限制了其实际应用。假设典型有机污染物在加入光催化系统后，能够与光生h+高效反应并作为质子供体发挥作用，那么H2O2将在这一过程中协同生成。同时，污染物也能被氧化和降解，从而实现污染物去除与H2O2生成的双重目的。然而，H2O2作为一种常见的ROS，在光催化过程中很容易分解为·OH和O2·-，然后参与有机污染物的降解。因此，耦合不同的光催化领域以构建一个既能降解污染物又能生成H2O2的双功能体系仍然是一个挑战。
本研究发现在构建S型异质结ZrO2/ZnIn2S4光催化降解四溴双酚A（TBBPA）过程中，H2O2可持续产生和累积，这不同于传统有机污染物光催化降解中依赖于H2O2的高消耗。进一步系统研究了TBBPA溶液中ZrO2/ZnIn2S4界面光生载流子的界面迁移、ROS形成和转化及TBBPA降解协同H2O2生成过程及机制。结果表明，ZrO2/ZnIn2S4催化剂界面In、S和O原子的电子轨道重叠促进了光生载流子在异质结界面的离域和转移，进而提供大量具有高氧化还原电位的光生载流子。TBBPA吸附在催化剂表面后，其与ZrO2/ZnIn2S4之间形成表面电场（SEF），加速了光生空穴（h+）直接攻击TBBPA降解，促进其界面产生更多光生电子（e-）用于ORR反应生成H2O2。其中TBBPA及其降解中间产物的酚羟基β剪切反应是促进H2O2持续生成的关键路径。此双功能光催化体系还可以用于其他酚羟基化合物降解同时伴随H2O2的累积，这为光催化系统在废水资源化利用方面提供了新思路。
该论文的第一作者为博士生王思龙，通讯作者为吕继涛副研究员和赵利霞研究员。华东理工大学杨雪晶教授为共同作者。 该工作获得国家重点研究发展计划，中国科学院战略重点研究计划和国家自然科学基金的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2025.125274