目前，H₂O₂幾乎完全是通過蒽醌自氧化(AO)工藝生產(chǎn)的，該工藝在凈化H₂O₂以去除由工作溶液構成的污染物方面消耗了大量的能源。此外，高濃度H₂O₂的運輸極其不方便和危險。利用催化劑催化氫氣和氧氣在水介質中直接合成過氧化氫是一個替代AO工藝的綠色途徑。然而，大多數(shù)催化劑通常具有較差的催化活性或/和穩(wěn)定性，因此開發(fā)高性能的催化體系以實現(xiàn)高活性、高穩(wěn)定性制備H₂O₂具有重要的意義。

基于此，蘇州大學孫啟明和中山大學胡卓鋒等開發(fā)了一種新型的級聯(lián)催化體系，在高性能分子篩包裹的超小Pd簇催化劑上，通過電催化水分解耦合H₂和O₂的重組高效制備H₂O₂。

實驗結果表明，最優(yōu)的Pd@S-1-400催化劑上H₂O₂的生產(chǎn)速率達到0.85 mol L^?1 g_Pd^?1；在沒有Pd物種的情況下，在純S-1沸石上幾乎沒有H₂O₂產(chǎn)生，表明Pd簇/納米顆粒負責通過水電解原位產(chǎn)生的H₂和O₂產(chǎn)生H₂O₂。

此外，H₂O₂在純S-1沸石上的分解速率可以忽略不計，表明中性沸石載體對H₂O₂的生產(chǎn)和分解都是惰性的；Pd@S-1-400催化劑上H₂O₂的分解速率明顯慢于Pd@S-1-400-im催化劑，表明Pd物種被包裹在沸石基體中有利于抑制H₂O₂的分解。

密度泛函理論(DFT)計算表明，H₂和O₂分子首先分別位于Pd團簇上，經(jīng)過弛豫后，當能量達到其最低水平時，O?O鍵長從其初始的1.209 ?增加到激活后的1.4515 ?。同樣，H?H鍵長度也從其初始的0.74 ?增加到活化后的0.94 ?，這也表明H₂和O₂可以在Pd簇上同時被激活。

總的來說，該項工作提出了在沸石負載金屬催化劑上采用高效級聯(lián)催化制備H₂O₂和處理污染物的新方法，展示了H₂O₂的高催化效率和綠色生產(chǎn)工藝的廣闊應用前景。

Construction of a Novel Cascade Electrolysis-Heterocatalysis System by Using Zeolite-Encaged Ultrasmall Palladium Catalysts for H₂O₂ Generation. Small, 2023. DOI: 10.1002/smll.202300114