电催化O₂还原合成H₂O₂的催化剂及机制研究进展

摘要

过氧化氢（H₂O₂）是一种环境友好型的化学品，具有强氧化能力，在消毒杀菌、环境处理、化学化工等领域被广泛应用.目前，工业生产H₂O₂主要依靠传统工艺，受困于诸多挑战，如蒽醌法能耗高、污染大，H₂/O₂混合法技术风险大、易爆炸.因此，迫切需要一种绿色、便捷、条件温和且可分散制取的方法来合成H₂O₂.二电子氧气还原反应（2e^- oxygen reduction reaction, 2e^- ORR）是一种以可再生电力驱动的、在温和条件下合成H₂O₂的绿色可持续的方法.4e^-路径的强烈竞争降低了H₂O₂的选择性，导致产量和法拉第效率均低.因此，设计和开发高选择性的2e^- ORR催化剂，以实现专一的H₂O₂合成路径，从而实现规模应用和升级工业合成路线，是目前急需解决的问题.尽管现阶段发展的2e^- ORR催化剂已经取得显著进展，但距离规模化应用仍存在很大差距.基于此，对电催化2e^- ORR合成H₂O₂的最新研究进展进行了综述.首先，介绍电催化合成H₂O₂的催化剂研究情况；其次，分析讨论催化机制及其影响催化性能的关键因素；最后，针对面临的关键问题提出提高电催化性能的策略及未来展望.

关键词

H₂O₂ / 催化剂 / O₂还原反应 / 电化学 / 密度泛函理论

基金资助

国家自然科学基金(22072015)