通過電化學兩電子氧還原反應(2e?ORR)合成H2O2是一種綠色且可持續生產H2O2的方法之一。過渡金屬氧化物表面總是具有微弱的氧吸附作用,具有催化2e–ORR的作用。從環境和生物相容性的角度來看,ZnO是一種理想的綠色電催化劑,并且ZnO被認為是通過光或電驅動的2e–水氧化反應產生H2O2的潛在催化劑。此外,ZnO可以通過H2O2轉化為ZnO2,因此ZnO作為生產H2O2的催化劑的真正活性位點和催化機理值得進一步研究。基于此,蘇州大學康振輝、劉陽和程濤等通過在ZnO(101)面上原位生長八面體ZnO2,成功制備了ZnO@ZnO2催化劑,其對H2O2表現出高的選擇性。實驗結果表明,在中性電解質中,ZnO@ZnO2的起始電位(0.1 mA cm-2)約為0.46 VRHE,H2O2選擇性最高為97.75~100%(超過了ZnO(4.2~67.8%)和ZnO2(77.2~83.1%)),以及對應的電子轉移數為2.65。并且,ZnO@ZnO2在0.3 VRHE下可以持續運行40 h,并保持了穩定的ORR催化性能和H2O2選擇性。此外,在利用ZnO@ZnO2組裝的氣體擴散電極(GDE)流動池中,在0.1 VRHE下的12 h不間斷測試中,電流穩定在~125 mA cm-2,H2O2產率為5.47 mol gcat?1 h?1,法拉第效率約為95.5%,超過了文獻報道的大多數催化劑。更重要的是,長時間循環試驗前后催化劑結構無明顯變化,說明ZnO@ZnO2在催化過程中具有良好的結構穩定性。理論計算表明,非均相界面上的Zn原子作為反應的活性位點,并且由于ZnO和ZnO2相鄰的特定化學環境,Zn原子可以降低*OOH和*O反應中間體的結合能,從而增強了2e?ORR的活性。此外,脈沖電壓誘導電流(PVC)、原位表征技術和電化學研究相結合,揭示了ZnO表面的轉化以及ZnO上原位催化活性位點的生產過程。總的來說,這項工作研究了原位條件下的活性位點和過渡金屬氧化物電催化劑的表面結構,有助于合理設計高效的催化劑以實現綠色和可持續的H2O2生產。The Operation Active Site of O2 Reduction to H2O2 over ZnO. Energy & Environmental Science, 2023. DOI: 10.1039/D3EE01788E