Nature子刊：ORR电催化制双氧水！

第一作者：Hyo Won Kim

通讯作者：Bryan D. McCloskey

第一单位：加州大学伯克利分校（美国）

H ₂ O ₂ 在造纸、电子、工业废水处理以及氧化等化工行业发挥重大作用。 2015 年，全球双氧水市场需求约 385 万吨 / 年，到 2024 年，这一数值将达到 600 万吨 / 年，市值 64 亿美元。

目前，双氧水的工业生产仍然采用传统的蒽醌工艺。该工艺的主要问题在于，步骤复杂，有机副产物较多，催化剂多采用 Pd/Al ₂ O ₃ 贵金属催化剂。除此之外，双氧水的大规模运输、存储都属于高危工种。

图 1. 蒽醌法制双氧水

ORR电催化制双氧水，由于其更低能耗，更低成本，正在越来越多地吸引科学家的注意。 ORR 电催化制双氧水，可以直接在漂白工业、酸性废水处理行业使用。

一般来说，在碱性条件下， ORR 电催化制双氧水会经过以下2个反应过程：

两个反应路径都非常有效，关键是如何实现每个反应路径的催化剂的活性和选择性问题。这就必须控制电极组成，使反应过电位尽量接近零。研究人员开发了大量 ORR 催化剂，试图直接从 O2 制备双氧水，目前最好的是酸性条件下使用的 Pd-Hg 合金催化剂。

图 2. 各种电催化制双氧水对比

有鉴于此，加州大学伯克利分校的 McCloskey 课题组发展了一种基于还原氧化石墨烯的非贵金属催化剂，实现了高活性高选择性 ORR 电催化制双氧水。

图 3. F-mrGO 的 ORR 电催化性能

研究人员首先发展了一种规模化制备适度还原氧化石墨烯的工艺，然后在 600 ℃条件下对少层适度还原的氧化石墨烯进行退火处理，发现适度还原的氧化石墨烯可以更高选择性生成 HO ₂ ^- ，且过电位低至 10 mV