孙启明/胡卓锋Small：分子筛负载超小钯催化剂，构建串级电解−异质催化H2O2反应体系

目前，H₂O₂几乎完全是通过蒽醌自氧化(AO)工艺生产的，该工艺在净化H₂O₂以去除由工作溶液构成的污染物方面消耗了大量的能源。此外，高浓度H₂O₂的运输极其不方便和危险。利用催化剂催化氢气和氧气在水介质中直接合成过氧化氢是一个替代AO工艺的绿色途径。然而，大多数催化剂通常具有较差的催化活性或/和稳定性，因此开发高性能的催化体系以实现高活性、高稳定性制备H₂O₂具有重要的意义。

基于此，苏州大学孙启明和中山大学胡卓锋等开发了一种新型的级联催化体系，在高性能分子筛包裹的超小Pd簇催化剂上，通过电催化水分解耦合H₂和O₂的重组高效制备H₂O₂。

实验结果表明，最优的Pd@S-1-400催化剂上H₂O₂的生产速率达到0.85 mol L⁻¹ g_Pd⁻¹；在没有Pd物种的情况下，在纯S-1沸石上几乎没有H₂O₂产生，表明Pd簇/纳米颗粒负责通过水电解原位产生的H₂和O₂产生H₂O₂。

此外，H₂O₂在纯S-1沸石上的分解速率可以忽略不计，表明中性沸石载体对H₂O₂的生产和分解都是惰性的；Pd@S-1-400催化剂上H₂O₂的分解速率明显慢于Pd@S-1-400-im催化剂，表明Pd物种被包裹在沸石基体中有利于抑制H₂O₂的分解。

密度泛函理论(DFT)计算表明，H₂和O₂分子首先分别位于Pd团簇上，经过弛豫后，当能量达到其最低水平时，O−O键长从其初始的1.209 Å增加到激活后的1.4515 Å。同样，H−H键长度也从其初始的0.74 Å增加到活化后的0.94 Å，这也表明H₂和O₂可以在Pd簇上同时被激活。

总的来说，该项工作提出了在沸石负载金属催化剂上采用高效级联催化制备H₂O₂和处理污染物的新方法，展示了H₂O₂的高催化效率和绿色生产工艺的广阔应用前景。

Construction of a Novel Cascade Electrolysis-Heterocatalysis System by Using Zeolite-Encaged Ultrasmall Palladium Catalysts for H₂O₂ Generation. Small, 2023. DOI: 10.1002/smll.202300114