目前，过氧化氢(H₂O₂)的制造涉及能源密集型蒽醌技术，需要昂贵的溶剂萃取和多步骤过程，消耗大量能源。

在这项工作中，台湾科技大学Meng-Che Tsai，Wei-Nien Su，Bing Joe Hwang通过原位合成方法，涉及富含杂原子的配体和活性炭，在温和的反应条件下合成了Pd−N₄-CO、Pd−S₄−NCO和Pd−N₂O₂−C单原子催化剂。

文章要点

1）研究人员揭示了钯原子与富含杂原子的配体强烈相互作用，为氧（O2）电化学还原为过氧化氢提供了明确且均匀的活性位点。有趣的是，Pd−N₄−CO电催化剂在基础电解质中通过双电子转移过程将O₂电催化还原为H₂O₂方面表现出优异的性能，在广泛的应用范围内表现出可忽略不计的起始过电势和>95%的选择性潜力。

2）基于对2e⁻ ORR的活性和选择性的电催化剂遵循Pd−N₄−CO>Pd−N₂O₂−C>Pd−S₄−NCO的顺序，与拉推机制一致，即Pd中心与高电负性供体原子（N和O原子）并与中间体*OOH弱配位，以实现H₂O₂的优异选择性和可持续生产。根据密度泛函理论，Pd−N₄是选择性生成H₂O₂的活性位点。

这项工作为设计高性能H₂O₂电合成催化剂以及通过电化学过程合理整合多个活性位点以实现绿色和可持续化学合成提供了一种新兴技术。

参考文献

Endalkachew Asefa Moges, et al, Heteroatom-Coordinated Palladium Molecular Catalysts for Sustainable Electrochemical Production of Hydrogen Peroxide, J. Am. Chem. Soc., 2023

DOI: 10.1021/jacs.3c09644

https://doi.org/10.1021/jacs.3c09644