近年来，开发高性能、高选择性和经济环保的H₂O₂生产策略是解决当前环境和能源危机的新思路。光催化两电子路径的氧还原反应由于具有较低的热力学能垒和较快的反应动力学，被认为是新一代可替代工业蒽醌工艺的一种很有前途的方法。然而，反应对氧气浓度需求较高，而O₂纯化过程会带来额外的成本。因此，利用空气中较低浓度的氧气（21%）来生产H₂O₂是一种经济又理想的方法。

与空气中其他气体不同，O₂分子具有很高的电负性，所以带正电荷位点的光催化材料将有望利用电荷引力从空气中选择性地吸附O₂。研究发现，咪唑离子液体材料不仅带正电可以用来选择性捕获O₂，而且咪唑环还可以充当光催化反应的活性位点。因此，对咪唑离子液体材料进行合理设计有望实现在空气条件下高效光转化O₂产H₂O₂。

近日，江苏大学的逯子扬课题组和南京理工大学的张侃课题组合作，通过在咪唑离子液体复合光催化剂表面构建一种可与电子供体盐酸左氧氟沙星结合的隔位双氢键，用于在空气条件下高效选择性光合成H₂O₂。

由光催化剂表面的亚氨基团（-NH-）和电子供体的羰基基团（-C=O）形成的隔位双氢键对空气中O₂的还原具有独特优势。首先，它能将咪唑活性位点的从被覆盖状态转换为完全暴露状态，以屏蔽电子供体的无序吸附和空气中氮气对活性位点的抢占。其次，隔位双氢键使得咪唑活性位点形成了更强的正电势和更有效的O₂轨道结合模式，这为选择性化学吸附O₂建立一种独特的具有竞争力的咪唑活性位点。

同时，隔位双氢键还改善了催化剂表面的电子结构，使得位于咪唑活性位点的电子富集量达到原有的3.5倍。此外，更快速的质子溢出效率和更低的H₂O₂中间体吉布斯反应能垒阐释出隔位双氢键作用更有利于后续的O₂转化和H₂O₂产生。

最终，具有隔位双氢键作用的光催化体系在空气中实现了1518µmol/g/h的H₂O₂产率，且达到了94.8%的总O₂利用率和转化效率，这是没有隔位双氢键的光催化体系的16倍。这项工作为高效利用空气中的O₂光转化H₂O₂提供了一种新策略。