突破传统：三相连续流光催化合成H₂O₂研究让效率直接翻三倍

一缕光、一套微反应器、一场对传统化工生产方式的革新，正在实验室里悄然上演。如何高效、安全、绿色地合成过氧化氢(H₂O₂)，一直是化学工业的重要课题。传统的合成方法能耗高、污染大，而新兴的悬浮液光催化路线，又面临催化剂难以分离回收、氧气传质效率低的瓶颈。近日，一项发表在材料科学领域顶级期刊《Advanced Functional Materials》上的连续流光催化研究，带来了令人振奋的突破。

01 瓶颈待破

过氧化氢作为一种重要的绿色氧化剂，在化工、环保、医疗等领域应用广泛。通过光催化氧还原反应合成H₂O₂，理论上是最清洁的路径之一。但理想很丰满，现实很骨感。传统的悬浮液光催化体系存在几个难以克服的固有问题：固/液两相界面的氧气溶解度低、扩散慢，限制了反应速率;反应后需要繁琐的分离步骤来回收催化剂和提取产品，增加了成本和能耗。氮化碳(CN)材料虽前景广阔，但其本征的电荷分离效率不足、活性位点有限，也制约了性能的进一步提升。

02 双管齐下

江西师范大学彭桂明教授团队采用了“硬件革新”与“软件升级”协同并进的策略，从根本上改变了反应模式。硬件革新在于构建一个全新的三相连续流光催化系统。团队开发出一种基于疏水氮化碳/碳纤维网络的结构，巧妙构建了稳定的气(氧气)-固(催化剂)-液(反应液)三相界面。这种设计直接让气相氧气与催化剂活性位点充分接触，氧气传质速率不再是限制步骤。同时，产物过氧化氢一旦生成，便随流动的液体迅速离开反应区，实现了催化剂与产物的在线即时分离，反应可长时间连续稳定运行。软件升级则聚焦于催化剂本身。通过对氮化碳材料进行表面化学修饰，调控其电子结构，增强了材料内部的光生电荷分离与传输能力，并优化了对氧气的吸附和转化路径。

03 效率跃升

协同策略的效果是惊人的。研究表明，这种三相连续流光催化合成H₂O₂的效率，达到了传统固/液两相反应体系的3倍以上。这项突破的意义不仅在于数字的提升。它打通了从高效催化到连续生产的全链条，为从实验室基础研究到未来可能的工业化应用，提供了一个极具潜力的“概念验证”样板。该工作为设计其他类型的高效多相催化反应体系提供了全新的思路。

04 未来延伸

这项研究并非孤立。同一团队在连续流光催化合成过氧化氢领域持续深耕，近期还在《中国化学快报》和《应用表面科学》等期刊上发表了相关成果，不断深化对催化剂设计和反应过程的认识。这也从侧面印证了连续流技术作为一种平台性工具的强大生命力。它通过精准的流体控制、高效的传质传热和本质安全的反应环境，正在成为推动绿色化学合成、新材料创制和医药中间体制备等领域创新的核心驱动力。

05 展望

连续流化学已走过单纯替代釜式反应的阶段，进入与先进材料设计、过程强化、自动化与人工智能深度耦合的新时期。未来的连续流系统，将不再是冰冷的管道和泵，而是集成实时在线监测、智能反馈优化、数字孪生模拟于一体的智慧化化学合成平台。当化学家能够像编辑程序一样，通过数据和模型精准地“编写”分子与材料，那将是化学制造的又一次革命。而连续流技术，正是承载这场革命的关键基石。

参考文献：

Xiao-Ying Peng, Su-Qin Wu, Gui-Ming Peng*. Synergy of Triphase Interface engineering and Electronic Modulation of Carbon Nitride Networks for Continuous-Flow Photosynthesis of H₂O₂. Adv. Funct. Mater. 2025.

DOI: 10.1002/adfm.202522655