太阳能驱动的过氧化氢生产实现了创纪录的转化效率

过氧化氢是半导体生产过程中使用的关键化学品，是百强工业化学品之一，是广泛用于消毒、氧化和制浆的重要原料。到2024年，全球过氧化氢市场预计将超过7万亿韩元(KRW)(约合55亿美元)。

但预计由于近期全球范围内的COVID隔离措施和半导体生产需求的快速增长，过氧化氢的稳定供应将难以实现。此外，目前过氧化氢的生产方法是热化学法(蒽醌法)，在高温高压下使用昂贵的稀有金属钯作为催化剂。这个过程不仅消耗大量能源，还会引发各种环境问题，例如爆炸的风险和排放温室气体。

尽管已经做出了许多努力来生产低能耗和低碳排放的过氧化氢，但由于极低的生产率和效率，要克服商业化的门槛是一个挑战。因此，迫切需要开发能够解决现有热化学过程问题的环保技术。

韩国科学技术研究院(KIST)去年11月宣布，水循环研究中心的JeehyeByun博士的研究团队和清洁能源研究中心的DongKiLee博士的研究团队开发了一项利用阳光生产的新技术前所未有的高浓度过氧化氢，取代了对高温高压能源的需求。该技术是用光催化工艺替代热化学工艺生产关键化工原料而无碳排放的一个例子。

KIST研究团队基于蒽醌类有机分子在现有热化学过程中反复发生氧化还原反应生成过氧化氢，将光催化反应液设计为有机溶液。结果，他们发现光催化剂在有机反应溶液中的氧还原能力得到提高，过氧化氢的产量大大增加。此外，研究团队首次发现有机反应溶液本身吸收光并通过光化学反应产生过氧化氢。

研究团队在控制光触媒和反应液时，利用阳光，取得了单位时间和每克光触媒产生浓度为53,000ppm(即5.3%)的过氧化氢的结果。这一成就超过了至少10,000ppm或1%的过氧化氢生产行业标准五倍多。

因此，考虑到现有的光触媒技术只能产生几十到几百ppm水平的过氧化氢，这是一个突破性的性能数据。该技术通过光触媒和光化学两种光反应的协同作用，实现了1.1%的太阳能-化学转化效率，打破了世界最高效率以及此前光触媒0.61%的最高效率。

KIST的Byun博士和Lee博士说：“这项研究证明，利用阳光的低碳环保技术也可以生产出高浓度和纯度的核心工业燃料。”他们还表示，“我们通过将生产的双氧水精制到升规模的过程链接起来，验证了该技术的完备性，未来我们将通过大规模示范，努力实现该技术的商业化。”

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