雙電子氧還原反應（2e^– ORR）是分布式生產過氧化氫（H₂O₂）的關鍵途徑。在自然界中，含有錳（Mn）中心的酶可以將活性氧轉化為H₂O₂。然而，用于2e^– ORR的錳基多相催化劑卻鮮有報道。

基于此，2024年10月24日，清華大學陳晨教授和彭卿教授、福州大學莊澤文副教授在國際期刊Angewandte Chemie International Edition發表題為《Nature-inspired N, O Co-Coordinated Manganese Single-Atom Catalyst for Efficient Hydrogen Peroxide Electrosynthesis》的研究論文。

在此，研究人員開發了一種受自然啟發的單原子電催化劑，包含N、O配位的Mn位點，并利用碳點作為調制平臺（Mn CD/C）。

合成的Mn CD/C具有優異的2e^–?ORR活性，起始電位為0.786 V，最大H₂O₂選擇性為95.8%。

更重要的是，Mn CD/C在液流池中以200 mA/cm²的電流密度連續產生0.1 M H₂O₂溶液50 h，活性和H₂O₂法拉第效率幾乎沒有損失，展示了其實際應用潛力。活性的增強歸因于研究人員將錳原子位點并入碳點。

理論計算表明，N、O共配位結構與碳點上豐富的含氧官能團相結合，優化了中間體^*OOH在Mn位點的結合強度，達到了催化活性火山的頂峰。

這項工作表明，碳點可以作為一個多功能的平臺，用于調節單原子催化劑的微環境和合理設計自然啟發的催化劑。

圖1：Mn CD的合成過程及表征

圖2：催化劑的結構表征

圖3：液流池中的性能測試

Nature-inspired N, O Co-Coordinated Manganese Single-Atom Catalyst for Efficient Hydrogen Peroxide Electrosynthesis,?Angewandte Chemie International Edition,?2024.