计算指导H2O2电合成！天津大学梁骥/桑志远，最新Angew.！

通过双电子氧还原反应（2e^–-ORR）电化学合成过氧化氢（H₂O₂）为能源密集型蒽醌法提供了一种替代方法。

具有精确配位的金属大环广泛用于2e^–-ORR电催化，但它们通常必须负载在导电基底上，从而暴露出大量2e^–-ORR非活性位点，导致H₂O₂产率和效率低。

基于此，2024年8月8日，天津大学梁骥教授/桑志远在化学顶级期刊Angewandte Chemie发表题为《A Computation-guided Design of Highly Defined and Dense Bimetallic Active Sites on a Two-dimensional Conductive Metal-organic Framework for Efficient H₂O₂ Electrosynthesis》的研究论文。

图1：Ni-TCPP(Co)的形貌和结构表征

此项研究中，在第一性原理预测的指导下，作者设计由卟啉（Co）中心的CoN₄位点和Ni₂O₈节点组成的无基底二维(2D)导电金属有机框架（Ni-TCPP(Co)），作为H₂O₂ 电合成的多活性位点催化剂。

Ni-TCPP(Co)中CoN₄和Ni₂O₈位点的适当距离削弱了它们之间的电子转移，从而保证了它们的固有活性并产生了高密度的活性位点。

图2：Ni-TCPP(Co)在碱性和中性溶液中的电催化性能

Ni-TCPP(Co)的固有电子导电性和孔隙率进一步促进了快速反应动力学。

因此，在碱性和中性电解液中都实现了出色的2e^–-ORR电催化性能（在0-0.8 V范围内H₂O₂选择性大于90%/85%；在碱性/中性条件下H₂O₂产率大于18.2/18.0 mol g^-1 h^-1），证实了其在水净化和消毒应用中的可行性。

图3：Ni-TCPP(Co)上的2e⁻和4e⁻ ORR路径

该策略为设计具有精确配位和高密度活性位点的催化剂提供了新途径，促进了H₂O₂的高效电合成及其它方面的应用。

文献信息：A Computation-guided Design of Highly Defined and Dense Bimetallic Active Sites on a Two-dimensional Conductive Metal-organic Framework for Efficient H₂O₂ Electrosynthesis. Angewandte Chemie., 2024.