DC DSR旋轉圓盤電極頂刊成果｜ACS Catalysis

時間：2026/4/22閱讀：304

近期，江西師范大學彭桂明教授課題組在催化領域頂刊 ACS Catalysis發表重要突破，使用DC DSR旋轉圓盤圓環電極和電化學工作站對改性的催化劑進行了測試，把氮化碳電子結構 “極化"，再搭氣 - 液 - 固三相連續流光反應器，一舉實現高效、高選擇性、可連續產 H?O?，性能刷新體系紀錄！

通訊作者：彭桂明、巫素琴

論文單位：江西師范大學氟硅能源材料與化學教育部重點實驗室，彭桂明團隊

論文DOI： 10.1021/acscatal.6c00507（點擊文末「閱讀原文」，直達鏈接）

雙氧水（消毒水）在生活、環保、化工里都很常用，但傳統生產方法（蒽醌法）耗能高、有污染；直接合成又有爆炸風險、貴金屬成本高。太陽能光催化產H?O?被視為綠色替代路線，但氮化碳（CN）一直被電荷分離差、O?傳質慢、吸附活化弱三大難題卡脖子。

這篇論文用兩步就搞定：

改催化劑
給普通氮化碳加磺酸基 + 氰基，讓它更會 “分電荷、抓氧氣"
改反應器
做氣 - 液 - 固三相連續流裝置，讓氧氣直接從氣相過來，速度快 1 萬倍

實測效果

產率提升：比普通催化劑高 41 倍
選擇性：>94%，幾乎只產雙氧水，不產別的
量子效率：400 nm 光照下 36.5%，屬于頂尖水平
連續生產：三相反應器里，產量是傳統兩相的 4 倍
穩定耐用：反復用好多次，性能幾乎不下降

實驗方法

這是判斷產雙氧水選擇性最標準的測試，步驟簡單好重復：

1. 用到的設備

旋轉圓盤圓環電極裝置：DC DSR（PHYCHEMI）、電化學工作站

三電極：工作電極（催化劑涂在玻碳盤）、參比（Ag/AgCl）、對電極（鉑片）

2. 催化劑薄膜怎么做

將催化劑、Nafion、乙醇按一定比例攪拌成均勻液體

取 10 μL 涂在玻碳盤電極上，烘干即可

3. 測試條件

電解液：0.1 M 磷酸鹽緩沖液（PBS），pH=6.9，通氧氣飽和

掃描速度：5 mV/s

轉速：1600 rpm

盤電壓：-0.7 ~ 0.3 V vs RHE

換電壓：固定在 0.5 V（vs Ag/AgCl），用來檢測生成的雙氧水

4. 測出的結果

普通氮化碳：n≈2.6，選擇性約 83%

改性催化劑 SCN：n≈2.1，選擇性>94%

圖b.在通氧氣 / 氮氣的中性溶液里，用旋轉圓盤圓環電極、轉速 1600 轉 / 分鐘，測試 SCN 和普通 CN (M) 的氧還原反應曲線

圖c.反應過程的電子轉移數量，以及生成雙氧水的選擇性

總結

這篇論文給出了一套從催化劑分子設計→界面工程→反應器集成的完整方案：

調控電子結構，解決電荷分離與 O?活化的問題；改善三項流動界面，解決 O?傳質與連續生產問題；增加可耦合糠醇等有機氧化增值反應，光生電子產 H?O?、光生空穴做有機合成，一舉兩得；為太陽能規模化、低成本、綠色合成 H?O?提供了可落地的新思路。