新催化剂实现中性过氧化氢的高效合成

近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员邵志刚、研究员余红梅在电合成过氧化氢研究方面取得新进展。通过羟基调节策略，团队开发了高性能镍单原子催化剂，实现了中性条件下过氧化氢(H2O2)的高效合成。相关成果发表在美国化学学会纳米上。

H2O2作为一种环保、广泛使用的氧化剂和能源载体，广泛应用于化学合成、医疗消毒、纸浆漂白、废水处理和半导体行业。电合成H2O2作为一种分散的生产方式，可以实现H2O2的随机原位生产，避免了集中生产、运输和储存的困难和危险，具有非常重要的战略和实用价值。

研究发现，碳载体上的氧官能团可以调节镍单原子位点的二电子氧还原反应催化活性。通过比较实验和理论计算，研究人员证明羟基与镍单原子的相互作用会使镍的3D轨道杂化，并在费米能级附近形成新的电子态，提高了镍原子表面的电子转移效率和对中间物种的吸附能力，促进了二电子氧还原反应的发生。

此外，该团队还测试了流动池中H2O2的生产性能，并负载了NiTPPP@CNT-在中性环境下，ox气体扩散电极可实现H2O2安培级电流密度的高效合成，法拉第效率达到86.2%。0.3电极 A cm-2在恒电流条件下稳定运行80小时，法拉第效率保持在93.6%以上，验证了电极的稳定性，可通过电解液循环产生10个 wt%高浓度H2O2。此外，团队将电极放大到40% cm2，仍能高效稳定运行，直接产出3.62 wt%医用级H2O2，无需循环浓缩步骤。

该研究为安全、低成本的分布式过氧化氢生产提供了新的解决方案，避免了传统浓缩工艺的风险，在医疗消毒、污水处理等领域具有重要的应用潜力。