【海川化工科技前沿】天津大学成功开发出高性能电催化剂实现了绿色过氧化氢的高效合成

沙漠里的游鱼 · 发表于 2025-6-1 15:05:48

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成功开发出高性能电催化剂实现了绿色过氧化氢的高效合成

5日26日，天津大学对外宣布，该校材料与工程学院梁骥教授团队通过独特的层间氢键设计，成功开发出一种高性能电催化剂，实现了绿色过氧化氢的高效合成，且有望实现“即产即用”。相关研究发表于期刊《自然·通讯》。

　　过氧化氢作为重要的氧化剂和消毒剂，广泛应用于化工、医疗和环保领域，2024年全球需求量高达600万吨。然而，目前95%的过氧化氢依赖高能耗的蒽醌法生产，不仅存在安全隐患，还会造成环境污染。开发绿色、高效、可持续的过氧化氢合成方法是科学界和工业界的共同目标。其中，电化学合成技术能直接利用氧气和水生成过氧化氢，可在常温常压下生产，有望实现过氧化氢“即产即用”的理想目标。但长期以来，催化剂在中性和碱性环境中活性低、选择性差、稳定性不足，制约了该技术的实际应用。

　　为解决上述难题，梁骥团队研发了一种镍基金属有机框架材料。该材料具有独特的层状结构，使镍活性中心与相邻层的氨基基团形成“层间氢键”。该效应犹如一把“分子钥匙”，使该材料对于电合成过氧化氢的催化能力精准匹配理论最优值，既保证了反应活性，又大幅抑制了副反应发生。与传统催化剂依赖金属中心电子结构调控不同，研究团队通过设计材料的分子堆积方式，利用氢键等非共价键作用力，实现了对催化反应的精准调控。这种“非配位结构调控”策略为新型电催化材料的研发提供了崭新的思路，未来可拓展应用于更多化学反应体系。

　　测试表明，在中性和碱性环境中，该催化剂制备过氧化氢的产率远超同类产品。在人工海水中，该催化剂制得的过氧化氢质量浓度可快速积累到1%，而在碱性溶液中则可快速积累到3%，均达到了污染物降解、杀菌等需求的实用标准。例如，利用该材料在生理盐水中制备过氧化氢仅30分钟后即可对大肠杆菌等致病菌实现100%的杀灭率，并对毒性有机染料实现快速降解。

沙漠里的游鱼 · 发表于 2025-6-1 15:18:23