近日，佛山（华南）新材料研究院与江苏大学、北京航空航天大学等研究团队共同合作，在过氧化氢绿色制备领域取得突破性研究成果。
研究团队创新性地开发含Sn空位的SnSe纳米片催化剂，实现了在常温常压下将水和氧气直接转化为过氧化氢（H2O2）。这一技术无需光照、电能、牺牲剂或贵金属助剂，在40°C下最高产率达2.6 mmol·g⁻1·h⁻1，并在连续流动反应器中室温稳定运行超50小时，性能媲美光催化体系。这项发现有望为替代传统高能耗、高污染的H2O2生产工艺提供颠覆性的“全绿色”解决方案，同时也为其他涉及水解离的化学过程研究开辟了新思路。相关成果以“SnSe nanosheets with Sn vacancies catalyze H2O2 production from water and oxygen at ambient conditions”为题，于2025年5月23日发表于《自然·催化》（Nature Catalysis）杂志。
图：Sn空位缺陷诱导水分子解离及双通道生成双氧水机理
双氧水是一种重要的工业化学品，广泛应用于漂白、氧化和消毒等领域，同时被视为潜在的绿色能源载体。然而，目前工业生产中广泛使用的蒽醌法存在能耗高、污染重、设备复杂等问题，而基于H2/O2和贵金属催化剂的热催化法也因成本高、操作复杂及安全风险而受限。直接利用水和氧气合成双氧水被视为最理想的绿色化学途径，但水分子解离的高能量壁垒使得现有方法（如光催化、电催化、机械催化等）依赖额外能量输入及复杂催化剂体系，限制了其实际应用。
研究团队发现，SnSe纳米片中引入Sn空位缺陷可显著降低水分子解离的能垒（从1.22 eV降至0.13 eV），且Sn空位迁移及表面重构能够促进*OH的脱附，从而实现双氧水的持续生成。该催化剂在40°C下的产率达2.6 mmol·g⁻1·h⁻1，并在连续流动反应器中室温稳定运行超50小时（浓度为0.3 mmol·L⁻1），性能媲美光催化体系。此外，理论模拟和原位表征揭示了水氧化（WOR）/氧还原（ORR）双通道反应的催化机制。
该技术无需光照、电能或牺牲剂，仅利用环境热能即可驱动反应，实现了完全绿色的理想合成途径。此外，该机制在SnS、SnTe、PbTe等IV-VI族半导体材料中具有普适性，为新型催化体系的设计提供了重要参考。此项成果不仅为双氧水的绿色合成提供了颠覆性解决方案，同时为其他涉及水解离的化学过程研究开辟了新思路，有望在绿色化工、清洁能源、环境修复和生物医学等领域产生深远影响。
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