近日，我校最新研究論文“Spaced Double Hydrogen Bonding in an Imidazole Poly Ionic Liquid Composite for Highly Efficient and Selective Photocatalytic Air Reductive H2O2 Synthesis”在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie-International Edition )(IF:16.6)上在線發(fā)表。江蘇大學(xué)為第一完成單位,，環(huán)境與安全工程學(xué)院碩士研究生程煜、教師金杰為共同第一作者,，教師逯子揚(yáng)為通訊作者。
開(kāi)發(fā)高性能和經(jīng)濟(jì)環(huán)保的H2O2生產(chǎn)策略是解決當(dāng)前環(huán)境和能源危機(jī)的新思路,。光催化兩電子路徑的氧還原反應(yīng)由于具有較低的熱力學(xué)能壘和較快的反應(yīng)動(dòng)力學(xué),，被認(rèn)為是新一代可替代工業(yè)蒽醌工藝的一種很有前途的方法,但反應(yīng)對(duì)氧氣濃度需求較高，而O2純化過(guò)程會(huì)帶來(lái)額外的成本,利用空氣中較低濃度的氧氣作為原料來(lái)生產(chǎn)H2O2是一種經(jīng)濟(jì)又理想的方法,。與空氣中其他氣體不同,，O2分子具有很高的電負(fù)性，而帶正電荷位點(diǎn)的光催化材料將有望利用電荷引力從空氣中選擇性地捕獲O2,。研究發(fā)現(xiàn),，咪唑離子液體材料不僅帶正電用來(lái)選擇性捕獲O2，而且咪唑環(huán)還可以充當(dāng)光催化反應(yīng)的活性位點(diǎn),。因此,，對(duì)咪唑離子液體材料進(jìn)行合理設(shè)計(jì)有望實(shí)現(xiàn)在空氣條件下高效光轉(zhuǎn)化O2產(chǎn)H2O2。
圖1 SI-PIL-TiO2的制備原理圖
該文通過(guò)在咪唑離子液體復(fù)合光催化劑（SI-PIL-TiO2）表面構(gòu)建一種可與電子供體鹽酸左氧氟沙星(LEV)結(jié)合的隔位雙氫鍵(IC-H-bond),，有效促進(jìn)了催化劑活性位點(diǎn)對(duì)氧氣的選擇性捕獲,，為在空氣條件下高效光合成H2O2提供了有效的策略。
圖2 IC-H-bond影響下活性位點(diǎn)對(duì)氧氣的選擇性捕獲能力的探究
由SI-PIL-TiO2表面的亞氨基團(tuán)和LEV的羰基基團(tuán)形成的IC-H-bond對(duì)空氣中O2的還原具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì),。首先,，它能將咪唑活性位點(diǎn)的從被覆蓋狀態(tài)轉(zhuǎn)換為完全暴露狀態(tài)，以屏蔽電子供體的無(wú)序吸附和空氣中氮?dú)鈱?duì)活性位點(diǎn)的搶占,。其次，IC-H-bond使得咪唑活性位點(diǎn)形成了更強(qiáng)的正電勢(shì)和更親和力的O2軌道結(jié)合模式,，這為選擇性化學(xué)吸附O2建立一種獨(dú)特的具有競(jìng)爭(zhēng)力的咪唑活性位點(diǎn),。最終，具有IC-H-bond作用的光催化體系在空氣中實(shí)現(xiàn)了1518μmol/g/h的H2O2產(chǎn)率,，且達(dá)到了94.8%的總O2利用率和轉(zhuǎn)化效率,，是沒(méi)有隔位雙氫鍵的光催化體系的16倍。
圖3 IC-H-bond影響下光催化性能的考察和對(duì)比
這項(xiàng)工作為高效利用空氣中的O2光轉(zhuǎn)化H2O2的應(yīng)用打開(kāi)了新的視角,。研究成果得到了國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助,。（環(huán)境與安全工程學(xué)院）
文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202400857
