光催化制过氧化氢（H₂O₂）是人工光合作用的一种很有前途的方法。然而，水氧化的缓慢半反应严重限制了H₂O₂的生成效率。

近日，新加坡国立大学陈伟教授，深圳大学Cheng Han报道了以缺陷三硫化锆（ZrS₃）纳米带（NBs）作为光催化剂，采用热力学更为有利的苄胺氧化反应作为半反应，并与水中H₂O₂的生成相结合。研究发现，含二硫化物（S₂²⁻）和硫化物阴离子（S²⁻）空位的ZrS₃ NBs对H₂O₂的生成和苄胺同时氧化制苯甲腈表现出良好的光催化性能，选择性超过99%。

文章要点

1）研究人员以碘为传输剂，采用化学气相输运法制备了ZrS₃ NBs。在真空条件下，通过在700 ℃的不同时间（10分钟、15分钟和20分钟）对生长的ZrS₃ NBs进行再退火，获得具有S₂^2-空位的ZrS₃（ZrSS_2-x）。用不同量（50、100和150 mg）的溶有锂的乙二胺通过低温溶剂热法制备了具有S^2-空位的ZrSS_2-x（ZrS_1-yS_2-x）。此外，可以同时可控ZrS₃纳米带中的S₂²⁻和S²⁻空位。

2）研究人员系统研究了S₂²⁻和S²⁻空位对电荷载流子动力学和光催化性能的影响。研究发现，ZrS₃ NBs中的S₂²⁻空位有助于光生载流子的分离。而S^2-空位则能显著改善苄胺氧化的电子传导、空穴提取和动力学。

3）实验结果表明，在模拟太阳光照射下，缺陷ZrS₃ NBs对H₂O₂和苯甲腈的产率分别为78.1±1.5和32.0±1.2 μmol h⁻¹。

参考文献

Tian, Z., Han, C., Zhao, Y. et al. Efficient photocatalytic hydrogen peroxide generation coupled with selective benzylamine oxidation over defective ZrS₃ nanobelts. Nat Commun 12, 2039 (2021)

DOI：10.1038/s41467-021-22394-8

https://doi.org/10.1038/s41467-021-22394-8