用于电合成过氧化氢的贵金属催化剂和反应器设计

摘要

过氧化氢（H₂O₂）是一种应用广泛的绿色氧化剂，但通过传统蒽醌工艺合成过氧化氢既耗能又污染环境。相比之下，两电子氧还原反应（2e^-ORR）电化学合成H₂O₂提供了一种可持续的替代方法，其中贵金属催化剂具有卓越的稳定性和效率，特别是在酸性条件下。然而，要实现工业化应用，仍需在催化剂性能优化和反应器可扩展性设计方面克服诸多挑战。本综述全面分析了用于2e^-ORR的贵金属材料和反应器设计的最新进展。我们首先讨论了2e^-ORR的基本原理和反应机制，强调了材料设计在优化催化性能方面的作用。贵金属催化剂分为四种类型：纯金属、合金、化合物和单原子催化剂，并根据理论和实验结果对其性能进行了详细评估。综述还探讨了高效、规模化合成H₂O₂的反应器设计策略，重点关注反应器设计以及催化剂与反应器的集成。最后，我们强调了推进这项技术所面临的挑战和机遇，并对电化学合成H₂O₂的未来进行展望。

关键词

两电子氧还原 / 电化学合成过氧化氢 / 贵金属催化剂 / 反应器设计 / 固态电解质反应器

基金资助

国家重点研发计刑(2024YFB4105700); 国家自然科学基金(22322201,52171201,22278067,22201272,22475030); 四川省中央引导地方科技项目(2024ZYD0152); 四川省科技计划(2024NSFSC1107); 中央高校基本科研业务费(ZYGX2022J012); 电子科技大学启动经费(A1098531023601403)资助