自1818年Louis Jacques Thénard發(fā)現(xiàn)過氧化氫（H2O2）以來，H2O2在環(huán)境治理、化工合成、家具消毒等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)的能源密集型蒽醌法相比，雙電子電化學(xué)氧還原（2e- ORR）生產(chǎn)H2O2提供了一種溫和可行的替代方案，且避免了H2O2運輸和儲存中潛在的安全問題。
氧官能團(tuán)修飾的碳材料作為2e- ORR的高效電催化劑，已經(jīng)被廣泛報道。然而，活性官能團(tuán)的鑒定和簡單制備方法的開發(fā)依然面臨著很大的挑戰(zhàn)。近日，倫敦大學(xué)學(xué)院何冠杰和Ivan Parkin團(tuán)隊，與英國Diamond Light Source光源合作，采用同步輻射軟X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜（NEXAFS）分析對不同氧官能團(tuán)作為2e- ORR的活性中心提出了新的見解。
盡管SiO2模板被廣泛用來制備多孔碳材料，但是其獨特的保護(hù)機制使得碳材料表面形成大量醌基官能團(tuán)，還鮮有報道。
在SiO2被NaOH或HF刻蝕后，多孔碳材料的表面氧官能團(tuán)經(jīng)再次退火得到可控變化。作者采用NEXAFS精確地揭示了氧官能團(tuán)電子軌道在不同溫度再次退火中的精確變化，并結(jié)合電化學(xué)分析揭示了醌基官能團(tuán)含量與2e- ORR性能之間的正比關(guān)系。 此外，作者呼吁重視NEXAFS測試及分析的規(guī)范性，如基底的選擇和數(shù)據(jù)的歸一化及擬合處理，并提供了大量可供參考的詳盡過程，方便讀者參考。 除此之外，小分子模擬策略被用來反向驗證不同氧官能團(tuán)的作用。作者采用含有單一氧官能團(tuán)的有機小分子吸附在高溫退火的不同碳材料上，通過電化學(xué)分析再次證實了醌基基團(tuán)在2e- ORR的優(yōu)越性，尤其是具有鄰位結(jié)構(gòu)的菲醌基團(tuán)的高選擇性和活性。小分子模擬策略的使用有效避免了化學(xué)滴定法中引入其他官能團(tuán)的干擾。最后，作者采用DFT計算分析證實了鄰位醌基結(jié)構(gòu)相比對位醌基結(jié)構(gòu)的具有更優(yōu)異的的OOH*吸附能。 論文信息 Spectroscopic Identification of Active Sites of Oxygen-Doped Carbon for Selective Oxygen Reduction to Hydrogen Peroxide Longxiang Liu, Dr. Liqun Kang, Dr. Arunabhiram Chutia, Jianrui Feng, Dr. Martyna Michalska, Dr. Pilar Ferrer, Dr. David C. Grinter, Prof. Georg Held, Yeshu Tan, Fangjia Zhao, Fei Guo, Dr. David G. Hopkinson, Dr. Christopher S. Allen, Dr. Yanbei Hou, Junwen Gu, Prof. Ioannis Papakonstantinou, Prof. Paul R. Shearing, Prof. Dan J. L. Brett, Prof. Ivan P. Parkin, Prof.?Dr. Guanjie He Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202303525
