過氧化氫(H2O2)是一種綠色氧化劑，不會產(chǎn)生有害殘留物，具有許多應用(包括化學合成、紙漿、造紙工業(yè)和水處理等)，故過氧化氫(H2O2)的重要性在全球持續(xù)增長。電催化2e-氧還原反應(ORR)形成H2O2對于高H2O2產(chǎn)率至關(guān)重要。然而，大多數(shù)遵循2e-途徑的選擇性電催化劑包含本質(zhì)上穩(wěn)定性低的含碳有機材料，從而限制了它們的商業(yè)應用。基于此，蔚山國立科學技術(shù)研究所(UNIST)Seungho Cho、Ji-Wook Jang和Hu Young Jeong等首次將層狀雙氫氧化物(LDHs)用作無機基質(zhì)，開發(fā)的LDH催化劑表現(xiàn)出接近100%的2e-ORR選擇性。在不同Co比例的LDHs中，(10-2Co)-MgAl LDHs作為O2還原為H2O2的高選擇性催化劑，與高性能光陽極2m-LDH/Ni/eu@nfOP集成的兩室光電化學系統(tǒng)在24小時內(nèi)催化產(chǎn)H2O2濃度可達108.2 mM cm-2PA，其太陽能-化學轉(zhuǎn)化效率約為3.24%，是所有已報道系統(tǒng)中最高值。此外，研究人員使用DFT計算，根據(jù)*OOH形成過電位和*O和OOH-之間的自由能隙確定高H2O2選擇性的活性位點可能存在于(012)平面中。此外，實驗表明ORR的產(chǎn)物選擇性可能與(Co)-MgAl LDH催化劑中Co原子位點與各種金屬比例的配位有關(guān)，故研究人員通過計算基于對陽離子比例的精確控制，發(fā)現(xiàn)低密度的Co位點會影響能隙，避免Co團聚可以提高2e-ORR的選擇性。該方法有望將地球上豐富的LDH催化劑用于H2O2生產(chǎn)和其他相關(guān)應用的關(guān)鍵部件。Selective, Stable, Bias-Free, and Efficient Solar Hydrogen Peroxide Production on Inorganic Layered Materials. Advanced Functional Materials, 2022. DOI: 10.1002/adfm.202110412
