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仪表网 研发快讯】近日，中国科学院大连化学物理研究所燃料电池研究部燃料电池系统科学与工程研究中心(DNL0301组群)邵志刚研究员、俞红梅研究员团队在电合成过氧化氢的研究中取得新进展。团队通过羟基调控策略，开发出高性能镍单原子催化剂，实现了中性条件下过氧化氢(H2O2)的高效合成。
H2O2作为一种环境友好、用途广泛的氧化剂和能源载体，被广泛应用在化学合成、医用消毒、纸浆漂白、废
水处理和半导体产业等多个领域。电合成H2O2作为一种分散式生产方式，可实现H2O2的随需原位生产，避免了集中式生产、运输和储存上的困难和危险性，具有十分重要的战略和实用价值。
本研究发现，碳载体上的氧官能团对镍单原子位点的二电子氧还原反应催化活性存在调控作用。科研人员通过对比实验和理论计算，证明了羟基和镍单原子的相互作用会使镍的3d轨道杂化，并在费米能级附近形成新的电子态，这增强了镍原子表面电子转移效率和对中间物种(如*OOH)的吸附能力，促进了二电子氧还原反应的发生。优化后的催化剂NiTPP@CNT-ox在0.1 M K2SO4中性电解液中进行旋转环盘电极测试，H2O2选择性达97.0%(0.4 V vs RHE)。
此外，团队在流动池中测试了H2O2生产性能：负载了NiTPP@CNT-ox的气体扩散电极在中性环境下可实现H2O2的安培级电流密度(1.6 A/cm²)高效合成，法拉第效率达到86.2%；电极在0.3 A cm-2恒电流条件下稳定运行了80小时，法拉第效率保持在93.6%以上，验证了该电极的稳定性；通过电解液循环操作可产出10 wt%的高浓度H2O2。进一步，团队将该电极放大至40 cm2，其仍可高效稳定运行，直接产出3.62 wt%的医用级H2O2，无需循环浓缩步骤。该研究为安全、低成本的分布式过氧化氢生产提供了新方案，规避了传统浓缩工艺风险，在医疗消毒、
污水处理等领域具有重要应用潜力。
相关研究成果以“Modulated Nickel Single-Atom Sites as Highly Active Catalysts for the Synthesis of Neutral H2O2 at Ampere-Level Current Densities”为题，发表在《美国化学学会-纳米》(ACS Nano)上。该工作的第一作者是我所DNL0301组群博士研究生贾森元，上述工作得到国家自然科学基金等项目的支持。
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