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学术 2024-10-15 18:07 广东

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研究概述

水电解氧化生成过氧化氢（H₂O₂）是工业上生产H₂O₂的一种重要方法。

然而，其机理仍有争议，吸附在电极表面的羟基（HO_(ads)）被认为是一种重要的中间体。

基于此，2024年10月14日，南京工业大学陈宇辉教授、南京大学闫世成教授在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Carbonate-carbonate coupling on platinum surface promotes electrochemical water oxidation to hydrogen peroxide》的研究论文。

在这里，研究人员使用原位拉曼光谱和微分电化学质谱研究了水在Pt电极上氧化生成H₂O₂的机理，发现过氧化氢键主要来源于通过两个CO₃^2-偶联得到的C₂O₆^2-中间体。

通过对产物中的¹⁸O同位素进行定量分析，研究人员发现93%的H₂O₂是通过CO₃^2-偶联途径形成的，7%的H₂O₂来自OH_(ads)-CO₃^•−途径。OH_(ads)-OH_(ads)偶联途径的贡献可以忽略不计。

作者对各种电极的比较表明，CO_3(ads)在电极表面的强吸附作用至关重要。

结合在氧还原过程中产生H₂O₂的商业正极催化剂，研究人员组装了一个正极和负极同时产生H₂O₂的液流电池。

在1 A cm⁻²的电流密度下，电池电压为2.3 V时，H₂O₂的法拉第效率达到了150%。

图文解读

图1：电化学水氧化过程中的电化学性能和原位拉曼光谱

图2：水氧化过程中同位素标记O₂和H₂O₂产物的定量分析

图3：可能的机理

文献信息

Zhu, H., Lv, X., Wu, Y. et al. Carbonate-carbonate coupling on platinum surface promotes electrochemical water oxidation to hydrogen peroxide. Nat. Commun. 15, 8846 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53134-3.

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