太阳能驱动的光催化氧还原反应(ORR)产H₂O₂由于其低能耗、安全性和环境友好性，是解决能源和环境危机的有效方法。然而，电子转移和界面反应的低效率阻碍了光催化剂产生H₂O₂。

为了应对这些挑战，在光催化剂表面沉积助催化剂不仅可以有效地促进电子转移，而且还可以提供专门的活性位点来促进界面ORR。为了提高光催化反应速率，活性中心和反应中间体之间的相互作用必须有一个最佳的结合能。

然而，在光催化H₂O₂生产中，目前的助催化剂在活性位点和吸附的O₂之间的电子构型不匹配，导致过强或过弱的O₂吸附，这反过来限制了H₂O₂的生产速率。因此，调节助催化剂的电子结构，优化其氧吸附强度以实现高效H₂O₂生产具有重要的意义和挑战性。

近日，中国地质大学余火根课题组通过引入MoS_x作为电子介质来减少Au-O_ads的反键轨道占据，进而增强Au-O_ads键。具体而言，研究人员采用两步法合成了TiO₂/MoS_x-Au光催化剂，MoS_x介质用于调整Au助催化剂的电子结构，导致产生缺乏电子的Au^δ+活性位点，加速H₂O₂的产生。

实验结果表明，在光照下，所得的TiO₂/MoS_x-Au光催化剂的H₂O₂生成速率达到30.44 mmol g^-1 h^-1，分别是TiO₂和TiO₂/Au光催化剂的25.4倍和1.3倍。并且，TiO₂/MoS_x-Au经过四个光催化循环后，H₂O₂浓度没有显著降低，显示了其良好的可重复使用性。

密度泛函理论(DFT)计算和X射线光电子能谱(XPS)分析证实，在引入MoS_x后，Au助催化剂上d轨道电子的显著减少，导致Au-O_ads中反键轨道占用率的降低，从而提高了O₂吸附能力，进而加速了光催化H₂O₂的动力学。此外，MoS_x-Au共催化剂为TiO₂光生电子的快速转移和富集提供有效的平台，从而显著提高TiO₂/MoS_x-Au的光催化产H₂O₂活性。

综上，该项研究通过合理设计材料的电子结构优化了氧吸附强度，进而加速了H₂O₂生成动力学，为设计和开发高效的光催化产H₂O₂催化剂提供了指导。

Enhancing photocatalytic H₂O₂ production with Au co-catalysts through electronic structure modification. Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-47624-7