两电子水氧化产过氧化氢中的非贵金属电催化剂的设计

游波教授AEM综述：两电子水氧化产过氧化氢中的非贵金属电催化剂的设计

【文章信息】

两电子水氧化生产过氧化氢中的非贵金属电催化剂的设计

第一作者：胡新

通讯作者：游波

单位：华中科技大学

【研究背景】

两电子水氧化产过氧化氢中的非贵金属电催化剂的设计

过氧化氢是一种极具应用价值的化学氧化剂，被广泛用于水净化，纺织，造纸等工业领域。工业上，过氧化氢是通过蒽醌法生产的，而这种方法需要大量的设备，且耗能。作为一种清洁高效的过氧化氢生产方式，电化学生产过氧化氢被科研工作者发现并被不断研究，旨在简化过氧化氢的生产过程和降低生产消耗。相比于两电子氧还原产过氧化氢，两电子水氧化生产过氧化氢在过去的几年吸引了越来越多科研工作者的目光。

这篇文章综述了近年来两电子水氧化过程的研究进展，包括水氧化的路径，过氧化氢的检测方法及其影响因素，非贵金属催化剂的设计等。通过理论计算和原位表征进一步揭示了催化剂的催化机制，总结了近年来关于两电子水氧化研究过程中非贵金属催化剂的设计。

在文章结尾作者提到了在两电子水氧化研究过程中涉及到的一些问题，包括理论计算和原位表征过程中的不足之处以及过氧化氢检测方法的多样性和不确定性所带来的弊端，最后提到了两电子水氧化从实验室走向工业化应具备的条件以及在2e-WOR探索过程中科研工作者应该注意的问题。

要点一：水氧化的路径

两电子水氧化产过氧化氢中的非贵金属电催化剂的设计

水氧化过程可以分为三种不同的路径，这三种路径对应不同的产物的生成。催化剂表面这三种不同的水氧化路径如图所示，分别对应单电子水氧化过程，两电子水氧化过程和四电子水氧化过程。单电子水氧化过程涉及到水氧化过程中羟基自由基的产生，两电子水氧化过程涉及到水氧化过程中过氧化氢的生成，四电子水氧化过程涉及到水氧化过程中氧气的生成。

要点二：2e-WOR过程中的H2O2检测

两电子水氧化产过氧化氢中的非贵金属电催化剂的设计

本文重点介绍了H2O2的检测方法：比色条法、紫外-可见分光光度法和滴定法。其中，以碳酸钴(Co/CO3)、高锰酸钾(KMnO4)和H2O2比色条作为测定H2O2浓度检测的方法。阐明了各种方法的工作原理，包括定量原理、试剂和检出限。文中还讨论了每种检测方法的优缺点。

要点三：2e-WOR中非贵金属催化剂的设计

两电子水氧化产过氧化氢中的非贵金属电催化剂的设计

本文从掺杂，缺陷，晶面和界面调控四个方面综述了近年来关于非贵金属两电子水氧化生产过氧化氢的文章报道，涉及到Ti，Co，Zn，Sn和Bi基催化剂的设计与调控，通过理论计算和原位表征技术进一步揭示了电催化剂促进水氧化生产过氧化氢的机制，为后续2e-WOR的研究提供了指导和参考。

【文章链接】

Engineering Nonprecious Metal Oxides Electrocatalysts for Two-Electron Water Oxidation to H2O2

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202201466

【通讯作者简介】

游波，男，华中科技大学化学与化工学院教授，博士生导师。2014年7月在中国科学技术大学邓兆祥教授课题组获得博士学位后，分别在美国犹他州立大学Yujie Sun、新加坡南洋理工大学Hong Li以及澳大利亚阿德莱德大学Shi Zhang Qiao教授课题组从事博士后研究工作。

研究兴趣主要集中在非贵金属纳米材料的合成及其在能源催化领域的应用目前，已经在Accounts of Chemical Research, Journal of the American Chemical Society, Angewandte Chemie, Joule, Nature Communications, Advanced Materials, Advanced Energy Materials, Advanced Functional Materials, ACS Catalysis等杂志发表论文70余篇。其中ESI热点论文4篇、ESI高被引论文13篇。

“基于非贵金属的双功能电解水催化剂”的工作被由中国科学院科技战略咨询研究院、中国科学院文献情报中心以及科睿唯安联合发布的《2017研究前沿》评为化学与材料科学里的“重点新兴前沿”，“美国犹他州立大学在此领域表现突出，美国6篇核心论文有4篇出自该大学”。

担任Joule, Nature Communications, Angewandte Chemie, Advanced Materials, Energy & Environmental Science, Advanced Functional Materials, Advanced Science, Nano Energy, Chemical Science, ACS Catalysis, Small, Journal of Catalysis, Chemical Communications等 40多种国际期刊审稿人,并荣获Web of Science “2019年交叉领域全球同行评议奖-Top 1%审稿人”，EcoMat青年编委。