通過雙電子氧還原反應(yīng)（2e^–-ORR）電化學(xué)合成過氧化氫（H₂O₂）為能源密集型蒽醌法提供了一種替代方法。

具有精確配位的金屬大環(huán)廣泛用于2e^–-ORR電催化，但它們通常必須負(fù)載在導(dǎo)電基底上，從而暴露出大量2e^–-ORR非活性位點(diǎn)，導(dǎo)致H₂O₂產(chǎn)率和效率低。

基于此，2024年8月8日，天津大學(xué)梁驥教授/桑志遠(yuǎn)在化學(xué)頂級期刊Angewandte Chemie發(fā)表題為《A Computation-guided Design of Highly Defined and Dense Bimetallic Active Sites on a Two-dimensional Conductive Metal-organic Framework for Efficient H₂O₂ Electrosynthesis》的研究論文。

圖1：Ni-TCPP(Co)的形貌和結(jié)構(gòu)表征

此項(xiàng)研究中，在第一性原理預(yù)測的指導(dǎo)下，作者設(shè)計(jì)由卟啉（Co）中心的CoN₄位點(diǎn)和Ni₂O₈節(jié)點(diǎn)組成的無基底二維(2D)導(dǎo)電金屬有機(jī)框架（Ni-TCPP(Co)），作為H₂O₂ 電合成的多活性位點(diǎn)催化劑。

Ni-TCPP(Co)中CoN₄和Ni₂O₈位點(diǎn)的適當(dāng)距離削弱了它們之間的電子轉(zhuǎn)移，從而保證了它們的固有活性并產(chǎn)生了高密度的活性位點(diǎn)。

圖2：Ni-TCPP(Co)在堿性和中性溶液中的電催化性能

Ni-TCPP(Co)的固有電子導(dǎo)電性和孔隙率進(jìn)一步促進(jìn)了快速反應(yīng)動力學(xué)。

因此，在堿性和中性電解液中都實(shí)現(xiàn)了出色的2e^–-ORR電催化性能（在0-0.8 V范圍內(nèi)H₂O₂選擇性大于90%/85%；在堿性/中性條件下H₂O₂產(chǎn)率大于18.2/18.0 mol g^-1?h^-1），證實(shí)了其在水凈化和消毒應(yīng)用中的可行性。

圖3：Ni-TCPP(Co)上的2e^?和4e^? ORR路徑

該策略為設(shè)計(jì)具有精確配位和高密度活性位點(diǎn)的催化劑提供了新途徑，促進(jìn)了H₂O₂的高效電合成及其它方面的應(yīng)用。

文獻(xiàn)信息：A Computation-guided Design of Highly Defined and Dense Bimetallic Active Sites on a Two-dimensional Conductive Metal-organic Framework for Efficient H₂O₂ Electrosynthesis.?Angewandte Chemie., 2024.?