近日，贵州大学材料与冶金学院本科生2022级本科生周卓琦和2021级本科生韩瑜在袁继理老师指导下，在中性无盐条件下电合成过氧化氢（H2O2）的研究中取得重要进展，相关成果以“Boosting hydrogen spillover over carbon nanotube anchored ultrafine Co/Co2O3 nanoparticles for efficient neutral H2O2 electrosynthesis”为题，发表在国际SCI知名期刊“Rare Metals”上。
H2O2作为一种绿色环保的氧化剂，在化工合成、环境治理、医疗消毒等领域应用广泛。传统蒽醌法生产H2O2面临能耗高、污染大、流程复杂等问题，而通过两电子氧还原反应（2e−-ORR）在中性条件下电合成H2O2，因具备绿色环保、可常温常压操作、原料仅需水和氧气等优势，被认为是替代传统工艺的理想途径。
针对中性环境下2e−-ORR反应动力学缓慢，难以实现高效催化这一挑战，研究团队创新设计并制备了一种锚定在氮掺杂的氧化碳纳米管（OCNT）上的超细Co/Co2O3纳米颗粒（NPs）异质结电催化剂（Co/Co2O3@OCNT）。本论文采用浸渍法结合高温热解工艺，将OCNT与线性三联吡啶-Co²⁺配位化合物（Co@Tpy）的DMF分散液混合，经真空干燥后在氩气气氛中800℃热解2小时，成功构建出平均尺寸仅2.29 nm的超细Co/Co2O3 NPs均匀锚定在OCNT表面的独特结构，且形成了Co与Co2O3的异质结界面。
图1合成及微观表征
电化学测试表明，该催化剂在中性电解液（0.1 M LiClO4）中表现优异：起始电位为0.66 V vs. RHE，0.2 V时电流密度达4.0 mA cm⁻²，0~0.5 V区间H2O2选择性近100%，且能稳定运行12小时无衰减。
图2电化学2e−-ORR性能评估
论文揭示了该催化剂中超细Co/Co2O3 NPs与氮掺杂碳基底协同作用机制：既促进氧气的端向吸附，又加速水解离提供活性氢（H*），进而促进关键反应中间体*OOH的形成，解决了中性条件下反应动力学缓慢的限制环节。
图3 2e−-ORR机理解析
将该催化剂集成到流动电解池后，在中性无盐条件下电流密度为200 mA cm⁻²时，H2O2产率可达63.4 mol gcat⁻¹ h⁻¹、法拉第效率超85%。通过调节流速可使H2O2浓度达20 mM，且该催化剂能连续稳定运行超20小时，展现出较大的应用潜力。
图4 Co/Co2O3@OCNT在流动池中制备H2O2的性能评估
该成果为高效中性电催化剂设计和绿色H2O2生产工艺开发提供新策略，也获得了国家自然科学基金项目、贵州省科技厅基础研究计划重点项目、国家级大学生创新创业项目等方面的支持。
图文：袁继理
一审：陈 沁
二审：陈朝轶
三审：刘 剑