摘要
As a kind of valuable chemicals,hydrogen peroxide(H2O2)has aroused growing attention in many fields.However,H2O2 production via traditional anthraquinone process suffers from challenges of large energy consumption and heavy carbon footprint.Alternatively,photoelectrocatalytic(PEC)production of H2O2 has shown great promises to make H2O2 a renewable fuel to store solar energy.Transition‐metal‐oxide(TMO)semiconductor based photoelectrocatalysts are among the most promising candidates for PEC H2O2 production.In this work,the fundamentals of H2O2 synthesis through PEC process are briefly introduced,followed by the state‐of‐the‐art of TMO semiconductor based photoelectrocatalysts for PEC production H2O2.Then,the progress on H2O2 fuel cells from on‐site PEC production is presented.Furthermore,the challenges and future perspectives of PEC H2O2 production are discussed.This review aims to provide inspiration for the PEC production of H2O2 as a renewable solar fuel.
作为一种有价值的化学品,过氧化氢广泛应用于工业领域.不仅如此,过氧化氢还具有比氢气更高的能量密度及优于传统化石燃料的环保优势,因此,其作为太阳能储能介质的应用也吸引了越来越多研究者的关注.传统蒽醌法生产过氧化氢存在需要贵金属催化剂、能耗大、碳排放高、过程繁琐、产物不纯、产生大量固液气废物等问题,因此,开发简便、环保、节能和安全的方法生产过氧化氢具有十分重要的意义.光电催化法结合了光催化和电催化方法的优势,可以有效提高能量转换效率并降低电能消耗,是具有潜力的生产过氧化氢新方法.同时,过渡金属氧化物半导体是光电催化法生产过氧化氢最有希望的催化剂材料.本综述简要介绍了光电催化法合成过氧化氢的基本原理,概述了光电催化反应合成过氧化氢的两种不同路径(水分子氧化和氧气还原)、相应的中间产物以及制备过氧化氢的三个主要过程(光吸收、光生电荷分离和表面反应),并总结了文献中各种测定过氧化氢浓度的方法.归纳了用于光电催化法生产过氧化氢的过渡金属氧化物半导体光电催化剂的最新进展,主要包括基于钒酸铋、二氧化钛、三氧化钨、氧化镍以及其他过渡金属氧化物的催化剂材料和反应体系,从理论计算和实验测定两个角度揭示了过渡金属氧化物催化剂材料在过氧化氢生产中的巨大潜力,总结了过渡金属氧化物的改性策略以进一步提高其活性和效率.本文还介绍了光电催化生产过氧化氢燃料电池的研究进展,展示了过氧化氢作为储存太阳能的可再生燃料的巨大潜力.最后,着重从催化剂光生电荷分离、活性位点、反应选择性、过氧化氢稳定性、电解质溶液和反应标准化测试六个方面讨论了光电催化法生产过氧化氢所面临的挑战和未来前景.综上,本文旨在为光电催化法生产可再生太阳能燃料过氧化氢提供启发.
基金
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Architecture and Information Technology,The University of Queensland
