西南科技大学朱潇锋、王骏教授团队ACS Catal.：羟基调控吡啶N-C活性位点的PCET行为以实现H₂O₂中性电合成

本研究针对中性条件下电化学两电子氧还原合成过氧化氢（H₂O₂）面临的质子供给不足和反应动力学缓慢问题，西南科技大学团队通过热解-酸化策略成功构建了羟基（C-OH）修饰的吡啶氮-碳（pyridinic N-C）活性位点催化剂（CNO）。背景方面，传统H₂O₂生产依赖高能耗、高污染的蒽醌法，而电化学方法在稀中性电解液中受限于质子供给和催化活性不足。研究目的是通过创新双功能位点设计，协同吡啶氮优化电子结构（活化相邻碳原子）与C-OH加速质子传递（作为“质子桥”），攻克中性条件下H₂O₂电合成难题。结论表明，CNO催化剂在0.05 M稀Na₂SO₄中实现了约95%的H₂O₂选择性和6.17 mol gcat⁻¹ h⁻¹的产率，并在200 mA大电流下稳定运行超过120小时，性能优于多数碳基催化剂。进一步将阴极2e⁻ ORR与阳极苯酚电氧化（EOP）耦合，不仅将H₂O₂产率提升至9.9 mol gcat⁻¹ h⁻¹，同时实现苯酚到苯醌的高值化转化，单位电能产率达948.55 mgH₂O₂ kWh⁻¹，是传统系统的2.6倍。结合operando-FTIR和DFT计算，证实C-OH基团通过氢键网络稳定*OOH中间体并降低质子化能垒，将决速步转变为OOH形成。现场生成的H₂O₂在60分钟内完全灭活大肠杆菌，展示了实际消毒应用潜力。