人工光合作用是一种利用水将各种化学资源转化为增值燃料的有吸引力的方法，其中，过氧化氢(H₂O₂)的光合作用再生是一类有吸引力的方法。然而，目前单相或双相光催化剂存在结构限制，无法克服活性差、选择性低和循环稳定性短等问题。

基于此，韩国科学技术院Jeung Ku Kang和Hyungjun Kim等设计并合成了一种用于生产H₂O₂的高活性、选择性和稳定的氢氧化钴碳酸盐纳米片相以及氧化铁和氧化钛相的三相金属氧化物光催化剂。

该催化剂具有用于水氧化、电荷转移和氧还原的反应特定位点，包括将O₂直接转化为H₂O₂。三相金属氧化物光催化剂的不同氧化数的金属前驱体比例失衡导致水氧化和氧还原位点的相分离，化学不稳定的金属离子导致向核区扩散，形成包含氧还原位点的核壳形貌。水氧化位点由氢氧化钴碳酸盐纳米片相构成，而氧还原位点由两种氧化铁相和氧化钛相合成。此外，氧化铁(2.02 eV)、二氧化钛(金红石2.86 eV、锐钛矿3.21 eV)和氢氧化钴(3.80 eV)的带隙允许对紫外光进行吸收。

原位/非原位实验和DFT计算证明，氢氧化钴碳酸盐纳米片导致有效的水氧化，氧化铁核-氧化钛壳结构导致快速光生电荷分离，并且核壳结构促进空穴向水氧化位点的VB转移，从而抑制空穴诱导的H₂O₂在氧还原位点分解。

此外，光分离的电子显示移动到氧还原位点的CB，其中H₂O₂直接由O₂产生。这些反应特异性位点导致比单相或双相光催化剂高约10倍的活性、≈100%的选择性，以及在中性条件下在没有牺牲清除剂的情况下生产H₂O₂的循环稳定性。因此，该研究通过控制特定的反应位点，可以实现仅使用水和太阳能的用于太阳能到燃料转换的高性能三相金属氧化物光催化剂。

Triphasic Metal Oxide Photocatalyst for Reaction Site-Specific Production of Hydrogen Peroxide from Oxygen Reduction and Water Oxidation. Advanced Energy Materials, 2022. DOI: 10.1002/aenm.202104052