酸性溶液中的过氧化氢（H₂O₂）的电化学合成可实现用于分散式环境修复的电芬顿过程，但缺乏用于选择性二电子氧还原反应（2e^- ORR）的坚固而廉价的电催化剂。

近日，威斯康星大学麦迪逊分校金松教授，J. R. Schmidt报道了结合计算/实验研究证明了酸性溶液中CoSe₂晶型电催化剂上H₂O₂的稳定、选择性电合成和有效的电芬顿过程，建立了对2e^- ORR催化剂稳定性的新认识，大大促进了酸性溶液中H₂O₂的实际生产和利用。

文章要点

1）计算的表面Pourbaix图揭示了O*与Se位的弱结合，并预测CoSe₂比CoS₂具有更好的电化学稳定性。此外，通过计算预测这两种CoSe₂多晶型都是具有活性和选择性的2e^- ORR电催化剂。

2）在0.05 M H₂SO₄中的旋转圆盘电极（RRDE）实验表明，CoSe₂晶型是迄今为止报道的在酸性溶液中性能最好的2e^- ORR电催化剂，在低过电位下产生H₂O₂的动力学电流密度比报道的最先进的贵金属或单原子催化剂高。

3）对经过测试的CoSe₂催化剂和电解质溶液的详细结构表征和ICP-MS分析结果表明，其在长时间的电化学操作中具有优异的催化剂稳定性和抗催化剂浸出性。

4）利用直接生长在碳纤维纸电极上的o-CoSe₂纳米结构，在0.05 M H₂SO₄中，由于有效地抑制了电化学副反应，H₂O₂的累积浓度达到了547 ppm（16 mM），超过了同类H电池在酸性溶液中的其他2e^- ORR催化剂。超高H₂O₂产量使得可以在o-CoSe₂电极上进行有效的电芬顿过程，并可以有效降解模型有机污染物，显示了其在现场水处理应用中的巨大前景。

H. Sheng, A. N.Janes, R. D. Ross, D. Kaiman, J. Huang, B. Song, J. R. Schmidt and S. Jin, Stable and Selective Electrosynthesis of Hydrogen Peroxide and the Electro-Fenton Process on CoSe₂ Polymorph Catalysts, Energy Environ. Sci., 2020

DOI:10.1039/D0EE01925A

https://doi.org/10.1039/D0EE01925A