新刊推荐 | Catal 论文 | 碳基电催化剂赋能绿色过氧化氢电合成

Springer2026年03月27日约 3 分钟

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研究性论文

近期，Catal 发表了来自陕西师范大学化学化工学院、教育部应用表面与胶体化学重点实验室的研究工作。该研究系统综述了碳基电催化剂在**两电子氧还原反应（2e⁻ ORR）电合成过氧化氢（H₂O₂）**领域的最新进展。文章围绕无金属碳材料、碳负载金属催化剂、单原子/双原子催化剂以及MOF/COF衍生材料等多个体系，重点总结了催化剂结构调控与反应选择性之间的内在联系，并从反应机理、材料设计和应用前景等角度，为高效、绿色、分布式过氧化氢制备技术的发展提供了系统性分析与参考。

关键科学亮点

*OOH中间体是决定选择性的核心因素

氧还原过程中*OOH中间体的吸附强度直接决定反应路径在两电子生成H₂O₂与四电子生成H₂O之间的竞争关系，适度的*OOH吸附是实现高选择性的关键。

无金属碳催化剂的结构调控策略

通过杂原子掺杂（N、B、S、P、F）、缺陷与边缘位点工程、sp²/sp³/sp杂化调控以及多孔、中空和高曲率结构设计，可有效调节局域电子结构与反应微环境，实现高效、稳定的H₂O₂生成。

碳负载金属催化剂的选择性引导机制

在贵金属和非贵金属体系中，尺寸效应、合金化、氧空位调控及强金属–载体相互作用有助于抑制O–O键断裂，从而引导反应优先沿两电子路径进行。

单原子与双原子催化剂的精细调控优势

通过调控金属活性中心的第一、第二配位壳层结构，可在原子尺度上实现活性、选择性与稳定性的协同优化，有效缓解传统体系中普遍存在的活性–选择性权衡问题。

MOF/COF衍生材料的结构平台价值

MOF/COF衍生催化剂具备高活性位点密度、可设计微环境和优异传质性能，为器件集成和规模化电合成过氧化氢提供了有前景的材料平台。

研究意义与应用前景

该综述表明，碳基电催化剂已成为推动绿色、低碳、分布式过氧化氢制备的重要材料体系。通过将反应机理与催化剂设计策略系统整合，相关研究正在逐步实现从原子尺度调控到器件层面性能提升的跨越。文章同时指出，未来在人工智能辅助催化剂设计、原位/操作态表征技术、多因素协同调控以及反应器与器件集成等方面的持续突破，将进一步加速电合成过氧化氢技术走向实际应用。

作者信息

魏璇（Xuan Wei）、曹颖（Ying Cao）、马宇星（Yuxing Ma）、曹睿（Rui Cao）*

教育部应用表面与胶体化学重点实验室
陕西师范大学化学化工学院
中国西安 710119

通讯作者：

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