过氧化氢(H₂O₂)在纺织品漂白剂，化学合成和环境保护等领域具有重要的应用价值。目前，商业蒽醌法生产H₂O₂需要昂贵的钯催化剂，同时产生大量的有机废物。此外，H₂和O₂直接生成H₂O₂的方法需要高压环境，危险性较高。利用H₂O和O₂作为原料生成H₂O₂可能是解决这些问题的理想途径。但是该反应在常温常压环境下很难进行，因此需要引入催化剂助力反应进行，比如光催化剂和电催化剂，催化剂的加入可以有效地缓解反应过程中热力学和动力学问题。但是利用光/电催化方法生产H₂O₂在商业化过程中仍然存在着巨大的挑战。

近日，厦门大学的范凤茹教授和中科院北京纳米能源与系统研究所的王中林院士、唐伟研究员合作探索了一种不使用任何常规催化剂却能在常温常压条件下高效合成H₂O₂的新方法。该研究通过超声作用使H₂O/O₂/聚四氟乙烯(PTFE)颗粒界面发生高频的接触与分离，以机械力驱动界面电子转移并利用界面转移电子催化H₂O和O₂转化为H₂O₂。该反应方式能够长期稳定运行，产率可以达到313 μmol L^-1 h^-1。

作者通过Raman、XRD、SEM和XPS等测试方法证实PTFE颗粒的表面结构和化学组成在超声过程中没有发生变化，PTFE优异的稳定性有利于H₂O₂的规模化生产。

同时，基于¹⁸O₂同位素实验、EPR和MS等测试结果，作者提出了接触-电催化生成H₂O₂的反应机制。H₂O₂的产生可以分为水氧化和氧还原两个路径。在水氧化路径中，PTFE颗粒与H₂O接触分离，H₂O的电子转移到PTFE颗粒表面，生成了H₂O^·+ (H₂O^·+ = H⁺ + ·OH)，然后·OH结合形成H₂O₂。在氧还原路径中，溶液在超声作用下产生大量的小气泡，这些气泡会继续膨胀，然后坍塌消失。该过程形成了大量的固/气和液/气界面，气泡中的O₂从PTFE颗粒表面获得电子形成·O₂^-，水中的·O₂^-与H⁺结合生成·OOH。接下来，·OOH再次获得电子并与H⁺结合生成H₂O₂。此时，失去电子的PTFE颗粒将重新回到原始状态。另外，通过理论模拟方法探索了超声产生的局部高压环境对反应的影响。结果表明，高压环境可以降低两相界面电子转移过程中的能垒，更有利于电子的转移。

该工作建立了水与PTFE颗粒、PTFE颗粒与O₂之间的电子循环转移系统，利用接触起电过程中转移的电子催化化学反应。此外，通过比较不同实验条件下H₂O₂的产率，总结了影响接触电催化效率的一般规律。该项工作开拓了接触电催化在化学合成中的应用，这种新催化机制还有望应用于有机合成、多场耦合催化和环境催化等多个研究领域。