将光催化选择性调节为具有工业价值但热力学上不稳定的产物仍极具挑战性。近日，北京大学郭少军在Ga-N₅原子位点上将水光催化为过氧化氢。

本文要点：

1) 作者设计并合成了大孔反蛋白石型氮化碳上的Ga-N₅原子位点，并将其用于分子氧和水对过氧化氢的可见光直接光合成。作者发现氧和水转化为过氧化氢过程是通过亚稳态双电子水氧化和双电子氧还原途径发生的。该光催化剂具有331.7 μmol g⁻¹ h⁻¹的高H₂O₂反应活性，并且太阳能到化学物质的转化效率为0.4%，这远高于植物的自然光合作用（～0.1%）。

2) 此外，安装在光催化流动系统设备中的大孔反蛋白石型氮化碳可以有效地杀死细菌并保持高稳定性，表明该系统可适用于净化天然水。结合实验表征和密度泛函理论模拟表明，由来自Ga-N₅位点的杂化Ga 4p和N 2p组成的中间态不仅可以增强电荷载流子的分离/转移，还可以促进水的吸附/活化和*OH中间体的形成。

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Tan Hao et.al Photocatalysis of water into hydrogen peroxide over an atomic Ga-N₅ site Nature Synthesis 2023

DOI: 10.1038/s44160-023-00272-z

https://doi.org/10.1038/s44160-023-00272-z