［本站讯］近日，环境科学与工程学院张清哲研究员团队在太阳能驱动的纯水产双氧水及废水杀菌领域取得新进展。相关成果以“Defect-modulated oxygen adsorption and Z-scheme charge transfer for highly selective H₂O₂photosynthesis in pure water”为题发表于国际权威期刊Nature Communications（2025, 16, 8889）。论文第一作者为环境学院硕士研究生高梓翔、刘芙妤，郑州大学研究员陈宗威。通讯作者为张清哲研究员，中山大学副教授胡卓锋。山东大学环境学院为论文第一单位。

双氧水（H₂O₂）是一种重要的绿色氧化剂，广泛应用于化工合成、环境治理和消毒杀菌中。传统蒽醌法制备工艺能耗高、过程复杂且存在副产物污染。太阳能驱动的光催化合成H₂O₂过程以水和氧气为原料，在常温常压下即可实现反应，被认为是实现H₂O₂可持续制备的重要途径之一。但现有光催化体系普遍存在电荷分离效率低、氧还原选择性差等问题，制约了H₂O₂产率和稳定性。

图1 引入硫空位优化氧吸附构型以增强H₂O₂光合成的设计理念

针对这一难题，研究团队通过在金属有机框架材料UiO-66-NH₂上原位生长含硫空位的ZnIn₂S₄纳米片（U6N@ZIS），构建了Z型异质结光催化体系。该设计实现了界面电场驱动的高效电荷分离与迁移，同时保留了强氧化还原能力；首次通过引入硫空位优化氧气吸附构型，避免O–O键断裂，从而显著提高了两电子氧还原生成H₂O₂的选择性。

图2 光催化合成H2O2性能

在可见光和空气条件下，U6N@ZIS在纯水中实现了3200 μmol g^-1h^-1的H₂O₂产率和94.3%的选择性，性能优于多数已报道的可比体系。连续流反应器实验显示该催化剂在200小时运行中保持稳定活性，生成的H₂O₂溶液可直接用于废水杀菌。

图3 U6N@ZIS产H2O2的光催化机理及选择性

该研究结合稳态与瞬态光谱表征及理论计算，揭示了硫空位在氧气活化和载流子分离中的关键作用，为光催化H₂O₂的高效与稳定合成提供了新的设计思路，并展示了其在环境净化及废水杀菌等领域的潜在应用价值。

以上研究由山东大学环境科学与工程学院联合悉尼大学，中山大学、郑州大学、苏州大学、中国科学院生态环境研究中心，美国佛罗里达国际大学等团队完成。该研究得到了国家自然科学基金、山东省泰山学者青年项目和山东省优秀青年科学基金（海外）等资助。