2023 年 9 月 19 日，国际权威期刊《自然-通讯》（Nature Communications）在线发表了题为“Concurrent oxygen reduction and water oxidation at high ionic strength for scalable electrosynthesis of hydrogen peroxide”的研究文章。中国科学院上海应用物理研究所 Guntae Kim 研究员与澳大利亚新南威尔士大学戴黎明院士为共同通讯作者。

目前工业生产 H₂O₂ 的蒽醌法需要昂贵的催化剂和大量的氢气，并且能源消耗很大。同时，H₂O₂ 的不稳定性也给运输和储存带来了安全问题。通过以可再生电能为动力的氧还原反应(ORR)或水氧化反应(WOR)合成 H₂O₂ 已成为一种经济、高效的选择。项目团队开发了一种富氧空位的 Pr_1.0Sr_1.0Fe_0.75Zn_0.25O_4-δ (D-PSFZ) 钙钛矿氧化物，可以很好地结合反应中间体以促进选择性和高效的双电子转移途径。这些氧化物在较宽的电位范围（0.05 至 0.45 V，相对于可逆氢电极）内表现出卓越的氧气还原法拉第效率（约 99%），在高离子强度下的电流密度超过 50 mA cm^-2。进一步的研究发现，这些氧化物在低过电位（0.39 V）条件下对双电子转移水氧化反应具有高选择性（约 80%）。论文设计了一种采用双功能电催化剂的无膜电解器，在 2.10 V 和 50 mA cm^-2时实现了创纪录的 163.0% 的高法拉第效率。这是首次报道在新型无膜电解槽中利用高效双功能氧化物同时催化氧还原和水氧化反应，以实现可扩展的过氧化氢电合成。

本项研究得到中国科学院相关人才计划等项目的支持。

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