新刊推荐 | Catal 论文 | 解锁高效太阳能制备H2O2：供体–受体共轭聚合物的新进展

Catal 近期发表了一篇综述论文，系统总结了供体–受体（D–A）共轭聚合物在纯水中光催化合成过氧化氢（H₂O₂）方面的最新研究进展。该工作全面梳理了材料设计策略、构效关系及未来发展方向，为构建高效太阳能驱动H₂O₂绿色生产体系提供了重要参考。过氧化氢是一种重要的绿色氧化剂，广泛应用于环境治理、化工合成、医疗消毒和能源转化等领域。目前工业生产主要依赖蒽醌法，该工艺不仅能耗高，而且会产生大量有机废弃物。相比之下，光催化制备H₂O₂仅利用水、氧气和太阳能即可实现目标产物的绿色合成，被认为是最具发展前景的可持续生产路线之一。近年来，D–A共轭聚合物因其能带结构可调、光吸收能力强以及电荷分离效率高等优势，逐渐成为光催化制备H₂O₂领域的重要研究方向。通过合理设计供体和受体单元，可以在分子层面精准调控材料的光电性质，从而显著提升H₂O₂生成效率、选择性及稳定性。

• D–A共轭聚合物具备优异光催化特性

供体与受体单元之间形成的分子内电荷转移效应，有效拓宽了光吸收范围并促进光生电子–空穴分离，为高效光催化反应提供基础。

• 分子工程策略显著增强产氢过氧化物能力

通过调节供受体比例、引入额外电子受体或构建多重电荷转移通道，可有效降低激子结合能并提高载流子寿命，使H₂O₂产率相比早期体系提升近两个数量级。

• 连接与拓扑调控优化电荷行为

连接基团不仅决定聚合物骨架的共轭程度，还影响电子轨道分布和电荷迁移路径。连接工程已成为提升光催化性能的重要分子设计策略。

• 活性位点设计提升反应选择性

通过构建氧化–还原双功能位点、调控局域电子结构及优化反应中间体吸附行为，可有效促进两电子氧还原反应，提高H₂O₂选择性。

• 传质优化强化反应效率

多孔结构、三维框架以及亲水传输通道能够促进氧气、水分子和质子的快速扩散，改善反应界面传质过程，进一步提升催化性能。

• 整体性能仍待提升

目前体系的效率、稳定性及规模化方面仍未满足工业需求，仍需大幅提升。

该综述表明，D–A共轭聚合物为太阳能驱动H₂O₂绿色制备提供了一个高度可调控的材料平台。通过供体–受体单元设计、连接工程、拓扑调控、活性位点优化以及传质增强等多种策略的协同作用，研究人员已显著提高了光催化制备H₂O₂的效率和选择性。

与此同时，作者指出该领域仍面临结构–性能关系尚不清晰、催化效率不足以及长期稳定性有限等关键科学问题。未来需要结合机器学习、高通量计算、原位表征技术以及多尺度理论模拟，建立明确的构效关系，实现新型高性能光催化材料的精准设计。

总体而言，该研究系统总结了D–A共轭聚合物光催化合成H₂O₂领域的发展现状与前沿方向，为实现高效、稳定、可规模化的太阳能化学转化技术提供了重要理论指导，并为绿色化学品生产和可持续能源利用开辟了新的发展路径。

王往，程敬招，程蓓，罗国强，许景三，曹少文*

单位：

武汉理工大学材料复合新技术全国重点实验室

湖北省先进复合材料技术创新中心

澳大利亚昆士兰科技大学