CuO Nanoparticle‐Loaded TiO 2 Catalyst for High‐Performance Photocatalytic Hydrogen Peroxide Generation

光催化 材料科学 催化作用 过氧化氢 光化学 制氢 二氧化钛 氧气 氧化还原 载流子 量子产额 析氧 分解水 超快激光光谱学 氢 吸收光谱法 吸收(声学) 飞秒 选择性 光催化分解水 化学工程 量子点 纳米颗粒 无机化学 量子效率 半导体 激进的 电子供体 氧化钛 光诱导电荷分离 钛 二氧化碳电化学还原 产量(工程) 电子 降级(电信)
作者
Beibei Yao,Jian Kang,Shijian Li,Zhixian Mao,Tengxiu Tu,Zenglong Wu,Mengfan Bi,Jiangyao Chen,Shan Chen,Huajie Yin
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (51): e10644-e10644 被引量:11
标识
DOI:10.1002/smll.202510644
摘要

Abstract Titanium dioxide (TiO 2 ) has been extensively investigated in photocatalysis due to its high stability, low toxicity, and biocompatibility. However, its application in hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) production is hindered by the rapid recombination of photogenerated charge carriers and the poor selectivity of the two‐electron oxygen reduction reaction (2e − ORR). Here, a CuO/TiO 2 photocatalyst is reported, in which CuO nanoparticles are anchored on the TiO 2 surface as cocatalysts to provide additional active sites and promote efficient separation of photogenerated electrons and holes. The optimized CuO/TiO 2 exhibits a remarkable photocatalytic H 2 O 2 production rate of 19.48 mmol g −1 h −1 , which is 162 times higher than that of pristine TiO 2 , with excellent stability sustained over 7 h’ continuous irradiation. The apparent quantum yield (AQY) of CuO/TiO 2 reaches 7.30% at 365 nm. Notably, the CuO/TiO 2 demonstrated the promising H 2 O 2 production in pure water (182.31 µmol g −1 h −1 ). Femtosecond transient absorption spectra (Fs‐TAS) reveal that the average lifetime of photogenerated electrons in CuO/TiO 2 is 5.8 times longer than in TiO 2 , confirming the enhanced charge separation and transfer. In situ spectroscopic analyses further demonstrate that CuO/TiO 2 facilitates both oxygen reduction and water oxidation pathways. These results highlight CuO/TiO 2 as a cost‐effective and efficient photocatalyst for sustainable H 2 O 2 production.
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