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Nat. Commun.：金属单位点设计助力工业级电流下生产过氧化氢

时间：2023-01-16 来源：浏览：

Nat. Commun.：金属单位点设计助力工业级电流下生产过氧化氢

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通过双电子氧还原反应直接电合成过氧化氢 (H ₂ O ₂ ) 是传统高能耗蒽醌技术的可持续替代方案。然而，设计具有工业相关生产率的高性能和可扩展的电催化剂仍然具有挑战性，部分原因是对催化剂设计的原子水平理解不足。

有鉴于此， 哥伦比亚大学 Jingguang G. Chen 和大连理工大学 Xie Quan 等利用理论方法，以 *OOH 结合能作为描述符，来识别用于双电子氧还原的过渡金属单中心催化剂。

本文要点

要点1. 作者将理论预测用作合成所需钴单中心催化剂的指导，该催化剂具有 O- 改性的 Co-( 吡咯烷 N) ₄ 构型，可实现高达 300mA cm ^-2 的工业相关电流密度， H ₂ O ₂ 生产的法拉第效率为 96-100 % ，创下 11527 mmol h ^-1 g _cat ^-1 的记录速率。

要点2. 作者展示了使用各种商业碳和钴酞菁作为起始材料的金属单中心催化剂设计的可行性和多功能性，以及在酸性、中性和碱性电解质中 H ₂ O ₂ 电合成的高度适用性。

该工作在未来大规模 H ₂ O ₂ 制造和原位废水处理和消毒中表现出有希望的潜力。

Cao, P., Quan, X., Nie, X. et al. Metal single-site catalyst design for electrocatalytic production of hydrogen peroxide at industrial-relevant currents. Nat Commun 14, 172 (2023).

DOI: 10.1038/s41467-023-35839-z

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