研究概述
水电解氧化生成过氧化氢（pO2）是工业上生产pO2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pO2的机理，发现过氧化氢键主要来源于通过两个CO32-偶联得到的C2O62-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pO2是通过CO32-偶联途径形成的，7%的pO2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，CO3(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pO2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pO2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，pO2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pO2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.
