超纯度，迈向生产！JACS发表中山大学最新电化学科研进展！

文摘 2024-11-08 10:22 北京

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论文拟解决的关键挑战：

电合成H₂O₂为工业上使用的传统蒽醌方法提供了一种环保的替代方法，但仍存在杂质、H₂O₂收率和浓度受限等问题。

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图文简介：

针对上述挑战，中山大学的廖培钦教授团队在Journal of the American Chemical Society发表论文，该团队将具有良好化学稳定性、大离域π体系和高效2e^-ORR的Ni-N₄配位构型的平面PcNi基团嵌入到π共轭四边形基体中，开发了一种基于酞菁的共价有机框架（COF，表示为BBL-PcNi）催化剂，其固有电导率高达1.14 × 10⁻⁵ S m⁻¹，在3.5 V的低电池电压下，其电流密度高达530 mA cm⁻²，H₂O₂法拉第效率为100%，首次在没有电解质的情况下实现了医用级浓度纯H₂O₂的连续电化学合成，所得H₂O₂溶液表现出强大的抗菌活性。

该催化剂的这种高水平的性能在200小时的连续运行中保持不变，没有明显的下降。当集成到放大膜电极组装电解槽中，在2 V的极低电池电压下以约3300 mA工作时，BBL-PcNi连续产生具有医疗级浓度（3.5 wt %）的纯H₂O₂溶液，这至少是先前报道的催化剂的3.5倍，是传统蒽醌工艺产量的1.5倍。

作者系统研究了该二维COF材料的2e^-ORR性能及其催化机理，研究表明，通过增强π共轭作用来减小集成在COF中的分子催化位点的带隙，可以更有效地增强其固有的电子传递能力，从而在极低的电势下实现H₂O₂的单选择性和超高电流密度的电化学合成。

这项工作不仅为合理设计先进的生产H₂O₂的电催化剂提供了思路，突出了COF材料在电催化领域的应用前景，而且有望加快电合成的工业应用，标志着可持续化学合成实践迈出了重要的一步。

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