图4 | TVCNMWCA-HEO光催化剂的光催化性能在可见光照射下（λ≥420 nm,300 mW/cm2），用TVCNMWCA-HEO、其他七种高熵氧化物和TiO2在纯水中光催化生产H2O2。b TVCNMWCA-HEO在650、700和850 nm单色照射下光催化生产H2O2。c TVCNMWCA-HEO波长相关表观量子产率（AQY）测量。d可见光照射下TVCNMWCA-HEO在水中光催化产H2O2的稳定性试验。e可见光照射（λ≥420 nm, 300 mW/cm2）和AM1.5照射（100 mW/cm2）下H2O2长时间生成过程。f可见光照射（λ≥420 nm, 300 mW/cm2）和AM1.5照射（100 mW/cm2）下TVCNMWCA-HEO生成（Kf）和分解（Kd）速率常数。g TVCNMWCA-HEO在真空条件下，可见光照射（λ≥420 nm, 300 mW/cm2）下产生H2、O2和H2O2的量。
图6 | TVCNMWCA-HEO光催化产H2O2机理光照下TVCNMWCA-HEO表面变化的时间分辨漂移光谱。与反应中间体演化有关的光谱主要变化用箭头表示。b具有特征氧中间物种振动带的光谱区域细节。c TVCNMWCA-HEO表面Mo和W位点对H2O吸附的电荷密度差图。黄色和青色分别代表电子积累和电子消耗。等值面值为0.003 e/Bohr3。d . TVCNMWCA-HEO表面不同催化位点的吉布斯自由能（ΔG*OH）谱。e TCVNMWCA-HEO在V和Cu位点上对O2吸附的电荷密度差图。黄色和青色分别代表电子积累和电子消耗。等值面值为0.0015 e/Bohr3。f TVCNMWCA-HEO表面各催化位点的吉布斯自由能（ΔG*OOH）谱图。
TVCNMWCA-HEO光催化剂系统通常由两个基本组件组成：光吸收剂和耦合助催化剂。为了驱动特定的光催化反应，需要将光诱导的电荷载流子从光吸收剂有效地转移到助催化剂组件上。然而，本研究的TVCNMWCA-HEO光催化剂，它不仅可以作为吸收近完美宽带太阳光的光吸收剂，还可以为O2到H2O2的转换通过2e-ORR途径和H2O到H2O2的转换通过2e-WOR途径提供大量天然存在的表面活性位点。在TVCNMWCA-HEO光催化剂的高熵稳定晶格表面，暴露的多组分金属阳离子在不同的局部配位环境中，特别是那些围绕氧空位的金属阳离子，形成了一系列负责2e-ORR和2e-WOR反应途径的活性位点。光催化转化H2O为H2O2和O2为H2O2的关键中间物种分别是·OH和·OOH自由基，它们的高速率形成也在ESR和DRIFTS测试中得到了证实。鉴于TVCNMWCA-HEO不仅表现出优异的光收集能力和优化的载流子动力学特性，而且还具有针对2e-ORR和2e-WOR反应途径的优越催化功能，这种富含地球的高熵光催化剂可以以一种一体化的方式运行，用于直接从开放水资源和氧气中高效全反应光合作用合成H2O2，而不需要牺牲剂或任何外部光敏剂和助催化剂。
Ling, H., Sun, H., Lu, L. et al. Sustainable photocatalytic hydrogen peroxide production over octonary high-entropy oxide. Nat Commun 15, 9505 (2024).
DOI: 10.1038/s41467-024-53896-w
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