中国科学技术大学环境学院在电催化合成过氧化氢（H2O2）领域取得新进展，相关研究以“Minimizing H2O2 Loss in Industrial Electrosynthesis via Asymmetric Main-Group Sn Single-Atom Catalysts”为题，于本年度发表在Angewandte Chemie International Edition。研究报道了一种具有不对称配位结构的主族金属Sn催化剂用于低消耗的H2O2电合成。

通过电催化两电子氧还原反应（2e−ORR）为生产H2O2提供了一种绿色可持续的途径，有望替代传统的高成本、高能耗的蒽醌制备工艺。然而，由于该过程面临选择性不足以及H2O2发生电化学和/或化学分解等因素影响，导致实际H2O2累计浓度和产率受到限制。

本工作基于主族金属位点对小分子物质活化惰性的特点，通过配位工程制备了主族金属单原子催化剂。其中不对称的N/S共配位的主族Sn位点可以有效地稳定氧中间体并快速解吸生成的H2O2，从而提高2e⁻ ORR路径的选择性，同时抑制不必要的H2O2分解反应。在工业相关的300 mA cm−2电流密度下，该主族催化剂实现了高达93%的H2O2 法拉第效率。当放大到100 cm2的工业规模时，该中试反应器在20 A电流下实现了高达353.5 mmol h−1的H2O2 生成速率。原位表征和理论计算表明，主族Sn位点对H2O2的活化表现出惰性，从而减少了电合成过程中H2O2的损失。不对称的N/S配位增强了Sn中心与氧中间体之间的电子转移，稳定了*OOH中间体，并促进了H2O2的生成。本工作提出了一种通过合理设计具有明确配位和电子结构的主族催化剂来最大限度减少电化学生产过程中H2O2损失的有效策略。

图. 具有不对称配位结构的主族金属Sn单原子催化剂设计

该研究工作得到了国家自然科学基金、中国科学技术大学“双一流”建设科研基金等项目的支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202523314