目前，H2O2完全由蒽醌法产生，这需要大量的能源投入。电化学双电子氧还原反应(ORR)过程是一种温和、安全的H2O2生产方法。且碱性条件下H2O2的电催化合成已经得到了广泛的研究，使用碳基催化剂可以获得良好的性能。由于H2O2在酸性溶液中稳定(相对于在碱性中的自分解)，并且具有高氧化能力，在酸性条件下生产H2O2是可取的。
最近，在pH约2-4下耦合的电-Fenton过程被用来实现甘油和乙烯的转化，证明了在酸中原位生成H2O2的优越性。但是，目前仍缺乏在酸性介质中有效和选择性的催化剂，特别是在大过电位和高电流密度下，这阻碍了酸性H2O2生产的进一步发展。近日，清华大学牛志强课题组根据理论计算筛选，通过大环前体介导的方法制备了一种双原子钴催化剂(Co2-DAC)，并研究了其在酸性H2O2电合成中的性能。理论计算和原位光谱实验表明，在Co的配位球中引入第二种金属可以使其d带中心下移，减弱*OH和*HOOH的结合，从而阻止O-O键的断裂，抑制H2O2的深度还原。电化学性能测试结果显示，Co2-DAC在酸性介质中表现出高H2O2选择性(>95%)和高部分电流密度(2.7 mA cm−2)，并且其在流动池中400 mA cm−2下的H2O2产率高达11.72 mol gcat−1 h−1，在广泛的电流密度范围内的长期稳定性达到100小时。此外，还展示了原位电合成H2O2在塑料降解中的应用。具体而言，将H2O2的生产和塑料解聚高级氧化工艺(AOP)结合起来，用10 mL电解质(1wt% H2O2，在200 mA cm-2下电解10小时后)处理250 mg磺化对聚苯乙烯(PS)。根据溶解有机碳(DOC)测试结果，聚苯乙烯在光照下的矿化度约为98%，证明了电合成H2O2处理塑料废弃物的AOP工艺的有效性。综上，该项工作为酸性H2O2电合成提供了一种有效的催化剂，推动了低成本和原位生产H2O2的进一步发展。Enhancing H2O2 electrosynthesis at industrial-relevant current in acidic media on diatomic cobalt sites. Journal of the American Chemical Society, 2024. DOI: 10.1021/jacs.4c02031
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