高效生产H2O2和生物质提升的电催化剂突破

高效生产H2O2和生物质提升的电催化剂突破

高效生产 H2O2 和生物质升级的电催化剂突破

朱平

图 1 H2O2 的新图和 . : Hui Xu

图 2 ，FeSAs/ACs-BCC 的 H2O2 和 - 。 : Hui Xu

据科技日报网2023年12月21日报道，中国科学院合肥物质科学研究院（简称“合肥院”）提供信息称，在高效生产H2O2及生物质提质的电催化剂（用于H2O2和）方面取得突破性进展。相关研究成果已于2023年11月9日在《应用化学》杂志国际版网站上发表 - 徐辉博士，张博士，徐敏博士，韩博士，李荣教授，郑教授，张教授，王教授，张教授，赵教授。铁原子对H2O2和铁的催化作用。，。2023年09月。DOI：10.1002 / anie。

中国科学家发明了一种新型氧配位铁原子电催化剂，可显著提高过氧化氢的生产和生物质的提质。该催化剂标志着可持续化学合成向前迈出的重要一步。

中国科学院合肥物质科学研究院的科学家合成了一种氧配位铁单原子和原子簇催化剂，在H2O2生产和生物质升级中表现出优异的电催化性能。

H2O2 和电催化的意义

过氧化氢 (H2O2) 是一种用途广泛的化学品，可应用于环境、能源和医疗保健等各个领域。电催化合成是一种更环保、更高效的方法，使用水和氧气，而传统的制造方法则需要通过能源密集型工艺进行。然而，这种方法需要先进的电催化剂来实现高产率和高选择性的 H2O2 生产，并且需要进一步关注所产生的 H2O2 的利用，特别是在电化学有机氧化过程中。这为环境修复以外的增值应用提供了巨大的潜力。

创新催化剂开发流程（）

本研究中，科学家利用细菌纤维素作为吸附调节剂和碳源，结合湿化学浸渍、热解和酸蚀等多步工艺，制备出一种由氧配位的铁单原子和原子簇组成的催化剂FeSAs/ACs-BCC。利用像差校正扫描透射电子显微镜（-）等先进的成像技术证实了铁单原子和原子簇的存在。利用X射线精细结构吸收光谱（X-ray fine）和X射线光电子能谱（X-ray）确定了Fe的原子结构。

优异的电催化性能（in）

该催化剂在碱性条件下对2电子氧还原反应（2-ORR）表现出优异的电催化性能和选择性。进一步的氢电池实验证实了H2O2在电解质中的积累。

生物质升级创新（中）

研究人员成功地将原位生成的 H2O2 与电芬顿工艺相结合，以乙二醇 (EG) 为反应物，以酸化的 0.1 M HO 为电解质。这导致 EG 转化率高，甲酸 (Acid) 选择性高，表明电芬顿工艺具有通过氧化升级改善生物质原料的潜力。

此外，他们还开发了基于气体扩散电极的三相流动电池，进一步提高H2O2的生产速率。

密度泛函理论的见解

密度泛函理论分析表明，Fe团簇是2e-ORR过程的实际催化活性位点，Fe单原子与Fe团簇之间的电子相互作用可以显著提高2e-ORR的电催化性能。

对未来催化剂设计的启示（对于）

这项研究对于原子级电催化剂的设计和开发具有重要意义，这对于高效的 2e-ORR 转化为 H2O2 和生物质升级至关重要。