西南科大：首次提出并论证一种构建非共价偶极-偶极电催化体系的新策略！

目前，95% 以上的过氧化氢（H2O2）都是通过传统的蒽醌工艺生产的，但这种方法耗能巨大，而且对于运输和储存都存在安全隐患。因此，学术界和工业界的研究人员都在努力用绿色、可持续的电化学二电子氧还原反应（2e-ORR）取代蒽醌法。目前，作为最有前途的 2e-ORR 催化剂，传统碳材料在 O2 转化为 H2O2 的过程中存在选择性低的问题。为了解决碳材料制备困难以及低2e-ORR选择性的问题，西南科技大学环境友好能源材料国家重点实验室朱潇锋教授和王骏教授联合清华大学朱永法教授，首次提出并论证了一种构建非共价偶极-偶极电催化体系的新策略，从而实现工业级的 H2O2 电合成。

在这项研究中，研究者过无煅烧聚合和酸性蚀刻方法成功制备了多巴胺功能化缺陷碳催化剂。与之前报道的掺杂/功能化碳催化剂不同，实验结果表明，多巴胺的强偶极矩可以通过非共价诱导（而非电子转移）与缺陷碳的偶极矩相互作用，从而诱导碳基活性位点的电子不对称性。得益于这种改性，该催化剂在0.4-0.7 VRHE 的宽电位窗口内，以大于95%的法拉第效率，实现了1.8 mol gcat-1 h-1的工业级 H2O2产率。此外，利用实验室自制的流动池装置，组装好的电极可在连续250小时内有效产生 306 gH2O2 kWh-1。经成本核算，电合成H2O2的价格为335.62美元 t-1（电价：0.1027美元 kWh-1），成本远低于商业 H2O2 产品（美国为640美元 t-1，欧洲为510美元t-1）。此外，采用流动池与简易漂白装置相连原位生产H2O2，可在30分钟内将棕色纸浆漂白成白色。实验结合原位表征证明，ORR 活性和选择性的提高是由于聚多巴胺与缺陷碳位点之间的非共价偶极-偶极相互作用导致的电子结构调整所致。这种电子不对称性保持OOH中间体的O-O键不断裂，从而提高了2e-ORR的选择性。

这一成果近期发表在国际顶级期刊《Small》上，文章的第一作者是西南科技大学硕士研究生苏家欣，通讯作者为朱潇锋和王骏教授。

论文信息：https://doi.org/10.1002/smll.202310317

课题组简介：环境与能源催化课题组是由清华大学教授、西南科技大学特聘教授、博导朱永法教授带领的一支专注于解决催化及能源问题的科研团队。团队网址：https://www.x-mol.com/groups/EECL

*感谢论文作者团队对本文的大力支持。

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