目前，工業(yè)上H₂O₂主要通過蒽醌法生產(chǎn)，其中涉及環(huán)境污染、運(yùn)輸和處理風(fēng)險。電催化2e^?氧還原反應(yīng)(2e^?ORR)被認(rèn)為是最有前途的蒽醌法替代方法，因?yàn)樗梢詫?shí)現(xiàn)在環(huán)境條件下綠色和低能耗地完成H₂O₂生產(chǎn)。然而，通過4e^?途徑產(chǎn)生水分子的有利熱力學(xué)不可避免地降低了ORR過程中產(chǎn)生H₂O₂的選擇性，這使得電化學(xué)生產(chǎn)H₂O₂的進(jìn)一步發(fā)展受到了限制。因此，尋找一種高效、高選擇性的電催化劑，能夠?qū)₂轉(zhuǎn)化為H₂O₂而不是H₂O至關(guān)重要。

基于此，蘇州大學(xué)陳子亮、康振輝和柏林工業(yè)大學(xué)Prashanth W. Menezes等通過連續(xù)的溶劑熱-煅燒-硒化-退火處理，成功合成了具有豐富硒空位的NiSe₂納米結(jié)構(gòu)催化劑(NiSe₂-V_Se)。

電化學(xué)性能測試結(jié)果顯示，制備的NiSe₂-V_Se表現(xiàn)出優(yōu)異的2e^?ORR催化活性，其在0.3 V_RHE的高電位下的電流密度為2.94 mA cm^-2，并且在0.45 V_RHE下的H₂O₂選擇性高達(dá)96%。最重要的是，即使連續(xù)工作40000秒和5000個循環(huán)加速降解試驗(yàn)(ADT)中，NiSe₂-V_Se催化劑的催化活性和選擇性也只是略有下降，其性能優(yōu)于目前已報道的大多數(shù)2e^?ORR電催化劑。

原位/非原位表征和密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，所制備的NiSe₂-V_Se由于具有負(fù)電荷的Se空位導(dǎo)致催化劑的d帶中心上移，同時其誘導(dǎo)催化劑出現(xiàn)異常的晶格膨脹，這賦予了催化劑豐富的活性中心和穩(wěn)定的相結(jié)構(gòu)，降低了電子轉(zhuǎn)移。這種空位誘導(dǎo)抑制了競爭性4e^?ORR途徑并且優(yōu)化了對*OOH中間體的吸附能(ΔG_*OOH)，從而提高了對H₂O₂的選擇性。

綜上，該項(xiàng)工作證明了硒化物與電荷極化陰離子空位的整合以及應(yīng)用于生產(chǎn)H₂O₂的可能性，這為設(shè)計(jì)具有成本效益、穩(wěn)定和高效地豐富過渡金屬基電催化劑提供了指導(dǎo)。

Charge-Polarized Selenium Vacancy in Nickel Diselenide Enabling Efficient and Stable Electrocatalytic Conversion of Oxygen to Hydrogen Peroxide. Advanced Science, 2022. DOI: 10.1002/advs.202205347