光催化H₂O₂生產與有機合成的協同耦合在將太陽能轉化為可儲存的化學能方面具有廣闊的前景。然而，傳統的粉末光催化劑存在團聚嚴重、光吸收受限、氣體反應物可及性差、難以重復使用等問題，極大地阻礙了其大規模應用。

在此，武漢理工大學余家國，中國地質大學（武漢）張留洋等通過水熱法和光沉積法將疏水性TiO₂和Bi₂O₃固定在輕質聚苯乙烯 (PS) 球上，合成了可漂浮的復合光催化劑。可漂浮的光催化劑不僅是太陽能透明的，而且還提高了反應物和光催化劑之間的接觸。因此，可漂浮的分步法（S-scheme）TiO₂/Bi₂O₃光催化劑表現出顯著提高的H₂O₂產率（1.15 mm h-1）和糠醇向糠酸的良好轉化。此外，通過原位輻照X射線光電子能譜和飛秒瞬態吸收光譜分析系統地研究了S方案機制和動力學。原位傅里葉變換紅外光譜和密度泛函理論計算揭示了糠酸的演化機理?？善」獯呋瘎┑那擅钤O計不僅為最大化光催化反應動力學提供了見解，而且為高效多相催化提供了新途徑。

基于所提出的反應機理，密度泛函理論(DFT)計算在二氧化鈦(101)面上進行，以進一步驗證對FA生成的偏好。如自由能圖（圖 6e和表 S4）所示，速率決定步驟是α-氫在羥基上的第一個去質子化過程（*R-CH₂OH – H⁺ + h⁺→*R-CH₂O）2.94 eV的能壘。對于R-CHO的生成，R-CHO的ΔG計算為1.94 eV。相比之下，*R-CHO轉化為*R-C(OH)₂是熱力學自發的，ΔG為-0.48 eV。因此，吸附的*RCHO中間體更傾向于被進一步氧化解吸。

Bowen He, Zhongliao Wang, PengXiao, Tao Chen, Jiaguo Yu, Liuyang Zhang. Cooperative coupling of H₂O₂ production and organic synthesis over floatable polystyrene sphere-supported TiO₂/Bi₂O₃ S-scheme photocatalyst. Advanced Materials, 2022

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adma.202203225