木质素基碳量子点与氧空位协同调控的S型LCQDs/Bi₂WO₆异质结用于光催化H₂O₂生产

摘要

光催化制备H₂O₂与高值木质素技术创新了绿色化学合成和废弃生物质转化的相关途径。本研究通过水热法合成了木质素基碳量子点（LCQDs），并构建了S型异质结光催化剂LCQDs/Bi₂WO₆以高效生产H₂O₂，其在模拟可见光下展现出优异的H₂O₂产率(3.776 mmol·h^-1·g^-1)，较BWO-A样品提升5.97倍，在五轮循环后仍可保持89.72%的性能。这一突破源于LCQDs与氧空位缺陷的协同调控：LCQDs独特的上转换发光特性结合S型电荷转移路径，有效增强了光吸收能力和载流子分离效率，而氧空位作为电子陷阱则延长了载流子寿命。结合原位电子顺磁共振分析和能带结构表征，我们证实了反应途中·O₂-和·OH自由基的大量存在，复合材料主要通过连续单电子反应优化H₂O₂合成路径，经过导带与价带位置的同步调整，增强了氧还原反应（ORR）与水氧化反应（WOR）能力。鉴于木质素的主要来源为农林废弃物，该研究不仅为高性能光催化体系的设计提供了新策略，还显著推动了废弃生物质资源的高值化利用。

关键词

木质素基碳量子点（LCQDs） / 氧空位（OVs） / S型异质结 / 原位电子顺磁共振 / H₂O₂生产

基金资助

国家自然科学基金(22278169,12304134); 安徽省教育厅优秀科研创新团队(2022AH010028); 安徽省自然科学基金(2108085ME148)资助