理论揭示了高效双氧水合成

过氧化氢(H2O2)是一种具有多种用途的工业重要化学品。然而，传统方法用于生产H2O2是能源密集型的，会产生大量排放。

作为实现可持续发展的手段，科学家们试图合成H2O2电化学。这可以通过由单个钴氮碳(Co-N-C)催化剂催化的氧还原反应来完成。但是，定制精确的催化剂原子结构一直是一场斗争。

现在，一个国际研究小组从理论上设计了一种具有独特结构的Co-N-C催化剂，用于高性能电化学H2O2合成。该小组在实验实施合成、分析其特征并进行催化测试后，成功地验证了他们的预测。

他们的研究结果详细发表在《能源与环境科学》杂志上。

“迄今为止，对催化剂的搜索是基于详尽的试错实验进行的，”东北大学材料研究所(WPI-AIMR)副教授，该论文的通讯作者HaoLi说。“我们的发现表明，理论指导的研究可以为催化实验提供精确的设计指南，节省时间，金钱和人力资源。

该小组由来自日本，澳大利亚，加拿大和中国的研究人员组成。特别是，李和他的同事兼通讯作者李伟得到了悉尼大学国际可持续发展目标合作计划的支持，该计划旨在促进悉尼大学与其他大学之间在可持续发展目标相关研究方面的国际合作。

解决H的绊脚石2O2，研究人员从碳纳米管衬底上吸收的钴卟啉构建了一种异相分子催化剂。他们的初步计算表明，卟啉β取代基和碳底物可以协同调节Co性质和催化活性。

他们进一步预测了八氟取代催化剂的最佳性，并通过实验验证了他们的预测，其H>94%2O2选择性和每秒3.51的高周转频率，在酸性电解质中过电位为200毫伏。此外，它达到了最大H2O2生产率为10.76molH2O2g猫−1h−1在双电极电解槽中，提供纯H2O2可直接用于水处理和化工生产的解决方案。

展望未来，Li希望设计出更多的Co-N-C催化剂。“通过调整金属中心的类型及其配位环境，并通过广泛的性能和稳定性测试，我们希望发现更多用于各种电催化的金属-N-C。