[读懂科学]效率达219%？一个光子生成2个过氧化氢的“多米诺反应”

by Kim Jonghwa

Published 09 Sep.2026 12:00(KST)

KIST利用链式反应突破传统光化学效率极限
以4至8瓦低功率生产1%浓度过氧化氢……有望实现在水处理现场生产

一项利用光将过氧化氢（H₂O₂）生产效率提升至现有极限两倍以上的技术已被开发出来。其核心在于利用“链式反应”：不同于一个光子仅引发一次反应的传统方式，首次反应会连续触发后续反应。

韩国科学技术研究院（KIST）9日表示，该院气候环境研究所博士 Byun Jihye、Jung Jaesik 领导的研究团队通过这一方式，成功实现每个光子生产2个以上过氧化氢。光利用效率达到219.1%。

利用光优化过氧化氢生产过程。通过5888次实验和人工智能分析，找到最佳反应溶液，并验证了升规模生产及实际水处理应用。研究团队供图

过氧化氢除用于消毒外，还广泛应用于净水、废水处理及半导体清洗等领域。目前，全球95%以上的过氧化氢产量来自大型化工厂。由于需要将高浓度过氧化氢运输并储存至使用地点，成本和安全负担均较大。

因此，利用光在需求地点直接生产过氧化氢的技术一直受到研究关注。问题在于效率。传统光催化方式中，一个光子向催化剂传递能量并引发一次反应，因此每个光子生产一个过氧化氢，即100%被视为实际上的效率上限。

研究团队通过“链式反应”突破了这一限制。当光子触发首次反应后，生成的物质会引发下一次反应，并进一步连接至新的反应。虽然一个光子并非直接被多次利用，但一次启动的反应持续进行，最终可生成多个过氧化氢分子。

为寻找吸光材料、提供氢的材料及辅助反应溶剂的最佳组合，研究团队针对184种组合共进行了5888次实验，并借助人工智能寻找出最佳反应条件。

最终，光利用效率达到219.1%。这里的219.1%并不意味着投入100份能量即可获得219份能量，而是指由一个光子触发的链式反应平均能够生成2个以上过氧化氢分子。

研究成果并未止步于实验室中的高数值。研究团队在1升反应器中，稳定生产出浓度为1%、达到工业现场使用水平的高纯度过氧化氢。将其应用于水处理后，环境激素物质双酚A的去除率达到99.95%以上。

另一项引人注目的特点是所需电力。不同于现有太阳光催化研究通常使用300瓦级光源，该技术仅需4至8瓦即可运行，相当于智能手机充电器的功率水平。

研究团队照片。从左起：Jo Hyegyeong，韩国科学技术研究院博士后研究员，现任职于国防科学研究所，第一作者；Byeon Jihye、Jeong Jaesik，韩国科学技术研究院首席研究员，通讯作者。韩国科学技术研究院供图

若该技术实现大型化和商业化，净水厂、污水处理厂等场所将有望直接生产并使用所需过氧化氢，实现“分布式生产”。这意味着可减轻在大型工厂生产高浓度过氧化氢后再进行运输和储存的负担。

KIST博士 Byun Jihye 表示：“通过使一次光照启动的反应连续进行，我们突破了传统光化学过氧化氢生产的效率限制。该技术有望发展为可在净水厂、污水处理厂、智能农场、尖端产业现场，以及灾区应急水处理等需求地点直接生产过氧化氢的技术。”

本项研究成果已在线发表于国际学术期刊《Joule》最新一期。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。