為了推動電化學(xué)制備H2O2以及理解催化反應(yīng)機(jī)理，單原子M-N-C催化劑的精確配位結(jié)構(gòu)非常重要。
有鑒于此，暨南大學(xué)高慶生教授、Wenbiao Zhang等報道構(gòu)筑不對稱電子結(jié)構(gòu)Co-N5位點(diǎn)用于2e- ORR催化，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)不對稱Co-N5的催化活性比結(jié)構(gòu)對稱Co-N4的催化活性更好。
本文要點(diǎn)：
（1）
構(gòu)筑Co-N5結(jié)構(gòu)克服了合成H2O2對活性和選擇性的權(quán)衡。通過實(shí)驗和理論計算分析，表明Co-N位點(diǎn)對稱性的打破，通過影響中間體吸附的線性標(biāo)度關(guān)系，促進(jìn)O2分子活化，調(diào)節(jié)關(guān)鍵中間體*OOH吸附。這種調(diào)節(jié)作用實(shí)現(xiàn)高效率制備H2O2，可以在之后各種應(yīng)用。
（2）
在流動相電解槽中，Co-N5位點(diǎn)催化劑合成H2O2的產(chǎn)率達(dá)到16.1 mol gcat-1 h-1，超過目前其他有關(guān)報道的結(jié)果。此外，將2e- ORR反應(yīng)和纖維素衍生碳水化合物的氧化進(jìn)行耦合，達(dá)到非常高的甲酸產(chǎn)率（葡萄糖生成甲酸達(dá)到84.1 %，其他反應(yīng)物生成甲酸達(dá)到62.0-92.1 %），展示了在溫和反應(yīng)條件可以作為電化學(xué)精煉進(jìn)行生物質(zhì)增值化轉(zhuǎn)化。通過研究2e- ORR和單原子不對稱性之間的內(nèi)在關(guān)系，這項工作為開發(fā)高性能電催化提供幫助。
參考文獻(xiàn)
Kun Yu, Shiming Guan, Wenbiao Zhang, Wanling Zhang, Yuying Meng, Huaijun Lin, Qingsheng Gao, Engineering Asymmetric Electronic Structure of Co-N-C Single-Atomic Sites toward Excellent Electrochemical H2O2 Production and Biomass Upgrading, Angew. Chem. Int. Ed. 2025
DOI: 10.1002/anie.202502383
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202502383
