過氧化氫是一種綠色氧化劑，在工業(yè)、醫(yī)藥和環(huán)境中有多種用途。過氧化氫合成主要通過催化氧還原反應(yīng)進(jìn)行，包括電催化、光催化、酶催化和傳統(tǒng)的多相催化。工業(yè)上合成過氧化氫主要采用成熟的蒽醌工藝，以蒽醌為反應(yīng)中間物，利用氫氣和氧氣合成過氧化氫。近幾年來，通過電催化和光催化氧氣還原反應(yīng)來現(xiàn)場生產(chǎn)過氧化氫的方法引起了廣泛的研究興趣。然而，這類方法的實際應(yīng)用一直受到低活性和復(fù)雜設(shè)備要求的限制。
過氧化氫也可以通過酶促反應(yīng)在溫和可控的條件下生成。該類反應(yīng)由各種氧化酶催化，如葡萄糖氧化酶、乙醇氧化酶和甲酸氧化酶。因此，模擬天然酶的催化性質(zhì)為原位生產(chǎn)過氧化氫提供了一種新的途徑。 近日，受到天然酶催化過氧化氫合成過程的啟發(fā)，長春應(yīng)用化學(xué)研究所的董紹俊院士團(tuán)隊合成了PtAu合金納米粒子，以模擬甲酸氧化酶用于過氧化氫的合成。在酸性條件下，該催化劑合成過氧化氫的最高產(chǎn)率為7.2 mol gcat-1 h-1。 甲酸需氧氧化主要分為甲酸脫氫和氧氣還原兩個步驟。密度泛函理論計算表明，鉑催化甲酸脫氫氧化的活性遠(yuǎn)高于金。但是鉑催化氧氣還原主要生成水。金催化甲酸脫氫活性較低，但是催化氧氣還原主要生成過氧化氫。而對于PtAu合金，催化甲酸脫氫的活性不僅高于鉑，同時催化氧氣還原成過氧化氫的選擇性也遠(yuǎn)高于鉑。因此，PtAu合金有希望用于模擬甲酸氧化酶來實現(xiàn)過氧化氫的合成。 實驗結(jié)果表明，PtAu合金催化甲酸脫氫的效率和催化氧氣還原為過氧化氫的選擇性高于單金屬鉑，從而保證了過氧化氫的高收率。雖然PtAu合金的轉(zhuǎn)換頻率低于天然甲酸氧化酶，但是PtAu合金的質(zhì)量活性是天然甲酸氧化酶的3倍。此外，PtAu合金催化過氧化氫合成的最大反應(yīng)速率比大部分報道的電催化劑高1個數(shù)量級，比光催化劑高4個數(shù)量級。 論文信息 Platinum-Gold Alloy Catalyzes the Aerobic Oxidation of Formic Acid for Hydrogen Peroxide Synthesis Dr. Jinxing Chen,Qian Ma,Zhixuan Yu,Minghua Li,Prof. Shaojun Dong 文章的第一作者是長春應(yīng)用化學(xué)研究所博士生陳金星（現(xiàn)為長春應(yīng)化所特別研究助理） Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202213930
