[发明专利]一种催化合成H2

说明书

本发明涉及一种催化合成H₂O₂的方法，其特征在于，将催化材料分散在乙醇‑水溶液中，在可见光和/或超声振动条件下催化合成H₂O₂，所述的催化材料为具有与O₂/H₂O₂转化相匹配的能带结构的压电半导体材料，催化材料的导带电势比O₂/H₂O₂的还原电势更负。与现有技术相比，本发明提供了一种将机械能和/或光能转化为化学能的可资利用的新途径，且涉及的材料制备方法绿色简便，有效拓展了工业量产H₂O₂的合成工艺路线。

技术领域

本发明涉及催化技术领域，具体涉及一种催化合成H₂O₂的方法。

背景技术

H₂O₂作为一种重要的医药化工原料，广泛用于消毒杀菌、环境污染净化、生物医疗等领域，但是目前光催化合成H₂O₂的效率普遍不高，并且传统工业生产H₂O₂能耗大、污染严重。

致力于解决传统化石能源短缺和生态环境污染破坏问题的光催化技术，自日本学者Honda和Fujishima于20世纪70年代发现以来，一度成为世界范围内的研究焦点，至今仍然受到人们持续关注。目前，光催化研究基本集中于光催化剂的制备和表征。虽然光催化热动力学研究对理解光催化机制至关重要，但相关研究相对较少。由于光生空穴具备很强的氧化能力，可诱导产生羟基自由基(·OH)，也可直接氧化有毒有害物质；位于导带的光生电子，具备一定的还原能力，可将氧气分子还原为活性氧离子(O₂^–)。该热力学描述说明光生电子和空穴是光催化反应的主体。需要说明的是，异相光催化研究大多没有严格考虑(甚至没有提出)热平衡载流子(包括电子和空穴)和光生载流子的区别。

通常，理想光催化剂主要具备以下特征：(1)光催化材料具有合适的禁带宽度，以便能吸收太阳光产生电子空穴对。例如，锐钛矿型TiO₂的禁带宽度是3.2eV，只能吸收波长小于420nm的紫外光(占太阳光能量的3％～5％)，从而导致对太阳光的利用率较低。(2)要求光生电子空穴对能够有效分离并到达材料表面参与氧化还原反应。(3)光催化剂能够提供大量活性位点，产生较多的吸附点和光催化反应中心。(4)反应物和光生电子和空穴发生氧化还原反应需要满足光催化材料的导带底端位置的负电位比还原电位更低，以及价带顶端的正电位比氧化电位更高这两个条件。目前已知的大多数光催化剂，如TiO₂由于不能很有效的利用太阳光谱以及较快的电子空穴复合速率这两个缺点，而极大限制了其光催化活性的提高。

除了光催化材料依靠光子驱动氧化还原反应发生外，同样地，压电材料也可以将机械能转化为氧化还原反应释放的化学能，例如压电催化水解制氢、降解有机污染物、杀菌以及还原去除重金属离子等。另外，压电半导体与应力和光耦合产生的压电光电子学效应，被证实具有优化光电转换性能和提高光催化反应活性的作用。但是目前具有优异可见光吸收性能和压电响应性能的压电半导体材料仍然十分匮乏，并且基于压电半导体材料的压电催化、光催化以及压电光催化效率亟待进一步提高，以切实满足实际发展的应用需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种催化合成H₂O₂的方法，能单独或同时利用机械能和光能催化水氧化还原合成H₂O₂，能耗低、污染小。