天大开发新材料，过氧化氢合成有望“即产即用”

近日，天津大学材料与工程学院教授梁邈团队通过独特的层间氢键设计，成功开发了一种高性能电催化剂，实现了绿色过氧化氢的高效合成，有望实现过氧化氢合成的“即产即用”。国际顶级期刊《自然-通信》发表了相关研究。

过氧化氢是一种重要的氧化剂和消毒剂。(H?O?)在化工、医疗、环境保护等领域得到了广泛的应用，2024年全球需求达到600万吨。但目前95%的过氧化氢依赖于高能耗的酚法生产，不仅存在安全隐患，而且造成环境污染。科学界和工业界共同的目标是开发绿色、高效、可持续的过氧化氢合成方法。在这些方面，电化合成技术被视为过氧化氢生产的理想方案。

电化合成技术可以直接利用氧气和水生成过氧化氢，可以在常温常压下生产，有望实现“即产即用”的理想目标。但长期以来，催化剂在中性/碱性环境中活性低、选择性差、稳定性差，制约了该技术的实际应用。

梁邈团队开发了一种具有独特层状结构的镍基金属有机框架材料，使镍活性中心与相邻层的氨基团形成“层间氢键”。这种效果就像一把“分子钥匙”，使得这种材料与电合成过氧化氢的催化能力精确匹配理论的最佳价值，既保证了反应活性，又大大抑制了副反应的发生。

与传统催化剂依赖金属中心的电子结构控制不同，团队利用氢键等非共价键的作用力，通过设计材料的分子堆积，实现了对催化反应的准确控制。这种“非配位结构控制”策略为新型电子催化材料的研发提供了全新的思路，未来可以扩展到更多的化学反应系统中。

试验表明，在中性和碱性环境下，催化剂制备过氧化氢的产量远远超过同类产品。在人工海水中，过氧化氢的质量浓度可以快速积累到1%，而碱性溶液可以快速积累到3%，这些都符合污染物降解和杀菌的实用标准。例如，在生理盐水中使用该材料制备过氧化氢只需30分钟，就可以实现大肠杆菌等致病菌的100%杀灭率，并可以快速降解毒性有机染料。

目前，该团队正在加快制备技术的优化，将技术从实验室推向工业生产线，努力尽快替代传统的高污染技术，帮助实现“绿色化工”目标。