一縷光、一套微反應器、一場對傳統化工生產方式的革新，正在實驗室里悄然上演。如何高效、安全、綠色地合成過氧化氫(H?O?)，一直是化學工業的重要課題。傳統的合成方法能耗高、污染大，而新興的懸浮液光催化路線，又面臨催化劑難以分離回收、氧氣傳質效率低的瓶頸。近日，一項發表在材料科學領域頂級期刊《Advanced Functional Materials》上的連續流光催化研究，帶來了令人振奮的突破。

01 瓶頸待破

過氧化氫作為一種重要的綠色氧化劑，在化工、環保、醫療等領域應用廣泛。通過光催化氧還原反應合成H?O?，理論上是最清潔的路徑之一。但理想很豐滿，現實很骨感。傳統的懸浮液光催化體系存在幾個難以克服的固有問題：固/液兩相界面的氧氣溶解度低、擴散慢，限制了反應速率;反應后需要繁瑣的分離步驟來回收催化劑和提取產品，增加了成本和能耗。氮化碳(CN)材料雖前景廣闊，但其本征的電荷分離效率不足、活性位點有限，也制約了性能的進一步提升。

02 雙管齊下

江西師范大學彭桂明教授團隊采用了“硬件革新”與“軟件升級”協同并進的策略，從根本上改變了反應模式。硬件革新在于構建一個全新的三相連續流光催化系統。團隊開發出一種基于疏水氮化碳/碳纖維網絡的結構，巧妙構建了穩定的氣(氧氣)-固(催化劑)-液(反應液)三相界面。這種設計直接讓氣相氧氣與催化劑活性位點充分接觸，氧氣傳質速率不再是限制步驟。同時，產物過氧化氫一旦生成，便隨流動的液體迅速離開反應區，實現了催化劑與產物的在線即時分離，反應可長時間連續穩定運行。軟件升級則聚焦于催化劑本身。通過對氮化碳材料進行表面化學修飾，調控其電子結構，增強了材料內部的光生電荷分離與傳輸能力，并優化了對氧氣的吸附和轉化路徑。

03 效率躍升

協同策略的效果是驚人的。研究表明，這種三相連續流光催化合成H?O?的效率，達到了傳統固/液兩相反應體系的3倍以上。這項突破的意義不僅在于數字的提升。它打通了從高效催化到連續生產的全鏈條，為從實驗室基礎研究到未來可能的工業化應用，提供了一個極具潛力的“概念驗證”樣板。該工作為設計其他類型的高效多相催化反應體系提供了全新的思路。

04 未來延伸

這項研究并非孤立。同一團隊在連續流光催化合成過氧化氫領域持續深耕，近期還在《中國化學快報》和《應用表面科學》等期刊上發表了相關成果，不斷深化對催化劑設計和反應過程的認識。這也從側面印證了連續流技術作為一種平臺性工具的強大生命力。它通過精準的流體控制、高效的傳質傳熱和本質安全的反應環境，正在成為推動綠色化學合成、新材料創制和醫藥中間體制備等領域創新的核心驅動力。

05 展望

連續流化學已走過單純替代釜式反應的階段，進入與先進材料設計、過程強化、自動化與人工智能深度耦合的新時期。未來的連續流系統，將不再是冰冷的管道和泵，而是集成實時在線監測、智能反饋優化、數字孿生模擬于一體的智慧化化學合成平臺。當化學家能夠像編輯程序一樣，通過數據和模型精準地“編寫”分子與材料，那將是化學制造的又一次革命。而連續流技術，正是承載這場革命的關鍵基石。

參考文獻：

Xiao-Ying Peng, Su-Qin Wu, Gui-Ming Peng*. Synergy of Triphase Interface engineering and Electronic Modulation of Carbon Nitride Networks for Continuous-Flow Photosynthesis of H?O?. Adv. Funct. Mater. 2025.

DOI: 10.1002/adfm.202522655