Angew. Chem.：巧妙“添砖加瓦”，新型三基元聚合物和循环流动反应器实现高效光合成双氧水

双氧水(H₂O₂)是一种广泛应用于化工、医疗、环保等领域的绿色氧化剂和清洁能源载体。然而，传统的双氧水生产方法能耗高且不环保。光催化技术利用太阳能将水和氧气转化为双氧水，是一种极具吸引力的绿色替代途径。目前，光催化合成双氧水面临两大挑战：一是光生电子-空穴难以有效分离并快速传输到反应活性位点；二是常见反应装置难以实现连续流动的光合成。

为了攻克这些难题，清华大学朱永法教授、江南大学董玉明教授团队联合新加坡国立大学吴杰教授团队带来了一项突破性研究！他们巧妙地在现有双基元线性聚合物中引入了“第三基元”（一种特定的三胺分子），成功制备出新型三基元交联聚合物光催化剂。这种创新设计不仅精确调控了聚合物材料的电子结构，显著降低了激子结合能，增大了分子偶极矩，更重要的是，其交联网络结构如同四通八达的“高速公路”，为电子提供了多方向传输通道，极大地促进了激子解离和分子内电子转移。因此优化后的三基元PAQ-TABPB光催化剂展现出卓越的活性，将氧气转化为超氧自由基的速率大大加快，从而促进了两步单电子氧还原路径，实现了高达3351 µmol g⁻¹ h⁻¹的双氧水生产速率！这一效率远超传统的双基元聚合物，并且其实现了0.36%的SCC和420 nm下6.26%的AQY。

与此同时，研究团队构建了一种新型循环流动光反应器，以解决光化学反应规模化生产的难题。该反应器利用高速流动下的螺旋管式通道确保了有效的光照射，同时减轻了催化剂固体沉降。此外,管路内形成均匀的气液段塞流，产生交替的O₂气泡和悬浮液滴促进了气-液界面的传质。这种高效的高速流动系统通过优化气-液界面传质和改善光子利用效率，在仅27mW/cm²的低光照强度下，使得双氧水产量比传统间歇式反应器提高了5.2倍，累积产量达到3125 µmol/g，并且表现出优异的循环稳定性。

这项研究巧妙调控功能性第三组分，显著改善了线性共轭聚合物光催化剂的电子特性。第三组分的整合促使结构从线性转变为交联网络，有效构建了多方向的电子传输通道。实验和理论研究一致表明，合理引入第三组分能够增大分子偶极矩、降低激子结合能，并降低*OOH形成的吉布斯自由能，这些协同效应极大地提升了光催化双氧水的生产活性。同时，构建的循环高速流动反应器为先进聚合物光催化剂的实际规模化应用提供了宝贵的参考。

论文信息

Accelerated Exciton Dissociation and Charge Transfer via Third-Motif Engineered Conjugated Polymers for Photocatalytic Circulation-flow Synthesis of H₂O₂

Wenwen Chi, Jiale Wu, Prof. Dr. Yuming Dong, Prof. Dr. Jie Wu, Prof. Dr. Yongfa Zhu

文章的第一作者是江南大学的博士研究生迟文文。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202508690