清华大学团队合作在双氧水绿色电合成方向取得新进展

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电催化还原反应(ERR)为绿色可持续地生产基础化学品提供了一条途径，其中双电子氧还原反应(2e−ORR)电合成过氧化氢(H2O2)尤为引人注目，有望替代传统的蒽醌法。然而，2e−ORR的耗气特性与氧气在水中的低溶解度之间的矛盾，一直是该技术走向工业化的瓶颈。气体扩散电极(GDE)因其能直接利用气态氧并缩短气体传输距离的优势，成为2e−ORR的首选电极结构。仿生呼吸设计的GDE无需耗能曝气，进一步提升了其商业可行性。

当前研究主要集中于设计高性能电催化剂，并将其集成到GDE中进行电解。然而，一个长期困扰该领域的问题是：电催化剂在实验室测试和实际电解过程中的H2O2选择性差异显著。清华大学深圳国际研究生院张正华团队近期研究发现，除了电催化剂本身的特性外，反应物和产物的传质行为对电极尺度的H2O2选择性至关重要，尤其在高电流密度下，这种影响更为显著。

该团队利用GDE的润湿性和催化剂层厚度作为探针，结合短期和长期电解实验、原位电化学反射吸收成像和理论计算，系统研究了传质对O2和H2O2传输的影响，揭示了扩散控制的转化选择性机制。研究结果表明，需要对传统的疏水GDE进行架构创新，以同时优化反应物和产物的传质行为。这项研究为开发面向电合成的下一代GDE提供了重要的理论指导。

该研究成果已于12月5日发表在《自然·通讯》(Nature Communications)上，题为“物种传质操控了气体扩散电极的H2O2电合成选择性”。张正华为通讯作者，景文珩为共同通讯作者，清华大学深圳国际研究生院为第一单位。崔乐乐、陈斌和陈冬旭为共同第一作者。

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