電化學(xué)雙電子水氧化反應(yīng)(2e?WOR)作為一種有希望實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)過氧化氫(H2O2)的有效方法已引起人們廣泛關(guān)注。然而,與陰極H2O2生產(chǎn)相比,陽極2e?WOR催化劑由于其惡劣的氧化環(huán)境而難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效的H2O2生產(chǎn)。因此,需要在電催化劑方面進(jìn)行改進(jìn),以使其更加穩(wěn)定、高活性和選擇性催化2e?WOR。基于此,斯坦福大學(xué)鄭曉林和卡爾加里大學(xué)Samira Siahrostami等結(jié)合密度泛函理論(DFT)計(jì)算和實(shí)驗(yàn),篩選出了一個(gè)穩(wěn)定和有效的鈣鈦礦催化劑(LaAlO3)進(jìn)行陽極2e?WOR。首先,研究人員廣泛研究了超過2000個(gè)鈣鈦礦的文,以鑒定在pH=8下的32個(gè)穩(wěn)定鈣鈦礦和pH=11下的2e-WOR 的10個(gè)穩(wěn)定鈣鈦礦。結(jié)果表明,在兩種pH條件下,LaAlO3是其他穩(wěn)定的La基鈣鈦礦催化劑中活性和選擇性最高的催化劑。為了驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果,研究人員通過溶液燃燒法合成了LaAlO3,并通過相應(yīng)的表征證明了合成的LaAlO3是具有(100)和(110)兩個(gè)主晶面的立方晶體結(jié)構(gòu)。此外,研究人員在2 M KHCO3(pH=8.3)和4 M K2CO3/KHCO3(1:7,pH=11)兩種不同的電解質(zhì)中評估了LaAlO3對2e?WOR的催化性能。結(jié)果表明,LaAlO3在兩種電解質(zhì)中對2e?WOR的催化活性均優(yōu)于TiO2、BiVO4、ZnO和FTO;LaAlO3在10 mA cm-2電流密度下的過電位僅為510 mV,在2.7 VRHE和3.2 VRHE時(shí)H2O2產(chǎn)生率分別為0.16 mmol cm-2(128 ppm)和1.23 mmol cm-2(808 ppm),并且其還具有優(yōu)異的選擇性(3.34 VRHE時(shí)的峰值FE為87%)和穩(wěn)定性(反應(yīng)3小時(shí)后FE僅下降3%)。Discovery of LaAlO3 as An Efficient Catalyst for Two-electron Water Electrolysis towards Hydrogen Peroxide. Nature Communications, 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-34884-4