Chem Catal：广州大学刘兆清团队详述电化学合成过氧化氢最新研究进展

原创 Cell Press CellPress细胞科学 收录于合集#Cell Press论文速递 283 个 #Chem Catalysis 89 个

物质科学

Physical science

2022年6月22日，广州大学刘兆清教授在Cell Press细胞出版社期刊Chem Catalysis上发表了题为“Strategies and challenges on selective electrochemical hydrogen peroxide production: Catalyst and reaction medium design”的综述文章。该论文首先对过氧化氢（H2O2）性能评价描述符进行了系统概述；接着，从电催化剂设计和反应介质调控两方面出发，综述了目前已报道的高效电催化2e-氧还原制备H2O2调控策略；最后，对未来电化学H2O2合成提出了新展望与新观点。

▲长按图片识别二维码阅读原文

一、H2O2概述

过氧化氢（H2O2）作为一种环境友好型氧化剂，在医用消毒、污水处理、纸浆漂白、精细化工等领域被广泛应用，且呈现不断增长趋势，预计2024年全球H2O2的市场需求将突破600万吨。工业上H2O2通过蒽醌循环法实现大规模制备，但此过程耗能高、污染严重且需要大型的生产设备，同时高浓度的H2O2运输存在极大的安全隐患。与此相比，利用简易的电化学装置，通过2e-电化学氧还原反应（2e- ORR）过程制备H2O2，可有效避免H2O2的大规模运输，实现H2O2现制现用，具有安全便携、绿色环保的特点，呈现出广阔的发展前景（图1）。而电化学氧还原制备H2O2过程，其性能与电催化剂和反应介质直接相关。在本综述中，刘兆清教授团队围绕催化剂设计和反应介质调控，对高效电催化H2O2合成策略进行了系统地综述，为研究者后续选择合适催化剂和反应介质提供了指引。

图1 可持续的电化学H2O2合成与使用

二、催化剂设计为高效电化学H2O2产生

H2O2选择性与OOH*在催化剂表面吸附能力直接相关，合适的催化剂应该拥有既不太强也不太弱的OOH*吸附能力。火山图为选择适合OOH*吸附能力的电催化剂提供了直接指导。在本综述中，作者首先汇总了各类电催化剂的火山图，包括金属基、碳基、单原子基等催化剂，阐述了各类催化剂中可能的最佳H2O2合成电催化剂（图2）。最后，汇总了电催化H2O2性能（活性、选择性和稳定性）描述符。这些基础知识的汇总对于后续电化学H2O2性能评价标准化意义重大。

图2 不同类型电催化剂火山图为H2O2合成

接着，对目前各类电催化剂高效H2O2性能所取得的一些关键成果和策略进行了逐一介绍和汇总。特别强调了一些最新提升电化学H2O2活性和选择性的新型电催化剂设计策略。最后，对目前已报道的电催化H2O2合成综述进行了汇总（图3），这对于研究者/读者意义重大。

图3 电催化H2O2产生综述汇总

三、反应介质调控为高效电化学H2O2产生

近年来，反应介质对H2O2选择性的影响逐步得到了研究者关注。一系列关键成果已被报道和发表。本文中，作者系统介绍了pH效应、阴离子、阳离子和表面活性剂等多种反应介质调控策略，指明了反应介质调控在电化学H2O2合成方面的重要意义。

最后，文章从催化剂和反应介质调控两个方面对电催化H2O2合成的发展前景和挑战进行了展望（图4）。该文章得到了国家自然科学基金委、中国博士后科学基金会、广东省自然科学基金委等支持。

图4 多策略为电化学H2O2合成

相关论文信息

论文原文刊载于CellPress细胞出版社旗下期刊Chem Catalysis上，点击“阅读原文”或扫描下方二维码查看论文

▌论文标题：

Strategies and challenges on selective electrochemical hydrogen peroxide production: Catalyst and reaction medium design

▌论文网址：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2667109322002871

▌DOI：

https://doi.org/10.1016/j.checat.2022.06.002

阅读原文