用废木生产消毒剂…韩国科学技术研究院开发半导体·水处理用环保催化剂[读懂科学]

by Kim Jonghwa

Published 01 Apr.2026 12:00(KST)

基于木质素的碳催化剂实现过氧化氢95%选择性生成…有望推动现场分散式化学工艺

利用被丢弃的木材副产物，在现场直接生产用于医疗消毒、半导体清洗和水处理的核心化学物质的环保催化技术已经问世。该技术将废弃资源转化为高附加值材料，同时还能减少化学工艺中的碳排放和运输风险，因此在半导体及环境产业全领域的应用前景备受关注。

木质素基碳催化剂制备及过氧化氢生成选择性调控示意图。通过将可持续生物高分子木质素交联、炭化来制备碳催化剂，并根据炭化温度调节其表面含氧官能团构成。结果表明，表面 C=O 官能团可提高过氧化氢选择性，而 OH 官能团会降低选择性。KIST提供

韩国科学技术研究院表示，RAMP融合研究团研究员 Lee Youngjun 团队与汉阳大学、釜山大学共同开发出一种利用木材产业中被丢弃的木质素制备的碳基催化剂。该催化剂在电化学反应中成功实现了对过氧化氢超过95%的高选择性生成，其性能已达到可替代传统贵金属基催化剂的水平。

过氧化氢是广泛应用于医疗消毒剂、食品杀菌、半导体清洗、水处理等各类产业的关键化学物质。但目前主要依赖大型化工装置集中生产，之后再进行储存和运输，能源消耗和安全管理负担较大。本次技术利用电力，仅以水和氧气为原料，即可在使用现场按需直接生产过氧化氢，从而大幅提升了“现场生产（on-site生产）”的可行性，意义重大。

其核心在于对催化剂表面微观化学结构的精细调控。研究团队通过热处理将木质素转化为碳材料，并精确调节其表面含氧官能团的种类和分布。由此提出了一种既能强化有利于过氧化氢生成的反应路径，又能抑制不必要副反应的设计准则。尤其是，实验结果表明，表面C=O官能团可以提高选择性，而OH官能团则会降低催化性能。

木质素基碳催化剂的过氧化氢生成性能比较示意图。图中展示了以木质素基碳催化剂为工作电极，通过氧还原反应生成过氧化氢的电化学过程。与既有报道的催化剂相比，本研究开发的催化剂表现出更高的生成速率，并确认其性能优于在900℃炭化所得的催化剂 CCL9，且优于在其表面选择性阻断 -OH 基团的催化剂 CCL9-BA。KIST 提供

此次成果不仅仅是开发出一种环保催化剂。研究团队将原本大多被当作燃料焚烧的木质素转化为高性能催化材料，被评价为提出了兼顾资源循环利用和减碳的化学工业新范式。未来在水处理、消毒、杀菌工艺以及高纯度化学品需求巨大的人工智能半导体清洗工艺等各类工业现场，有望实现成本节约和安全性提升。

韩国科学技术研究院高级研究员 Lee Youngjun 表示：“本研究提出了一种利用废弃木材副产物高效生产环保消毒剂过氧化氢的技术，具有重要意义”，并称“今后将进一步提升催化剂性能，推动其在各类工业现场的应用”。