第一作者：Yonggang Feng

通讯作者：黄小青

通讯单位：苏州大学

研究亮点：

1. 开发出一种新型的以钯为核-氧化镍为壳的钯基催化剂。

2. 该催化剂在直接合成H₂O₂的催化反应中展现了很高的选择性以及活性。

相比于传统的含氯和强酸氧化剂，过氧化氢（H₂O₂，俗称双氧水）是一种对环境友好的绿色氧化剂，其在现代化学、医药、印染等工业领域有着越来越广泛的应用和巨大的需求量。目前工业制H₂O₂主要通过2-乙基蒽醌法来实现，然而，其连续多步的氧化还原工序存在着高成本，高耗能以及“三废”排放的问题。

最为理想的H₂O₂合成方法则是，在负载型钯基催化剂的作用下，通过H₂和O₂直接合成H₂O₂，其不仅原子利用率高、耗能低，而且副产物只生成H₂O。目前，该方法存在的主要问题就是，传统的钯基催化剂对于生成目标产物H₂O₂的选择性较低。

有鉴于此，苏州大学黄小青教授团队开发出一种新型的以钯为核-氧化镍为壳的钯基催化剂，该催化剂在直接合成H₂O₂的催化反应中展现了很高的选择性以及活性。

图1 不同钯基催化剂催化合成H₂O₂的活性以及选择性

作者以具有钯核-镍壳结构的纳米颗粒作为初始材料，通过简单的氧化处理，巧妙地实现了镍壳到多孔氧化镍壳的转变，同时还能实现对核壳界面氧化程度的精细控制。

实验结果及理论计算都表明，形成的多孔氧化镍壳层不仅提供了H₂和O₂接触钯催化活性位点的反应通道，而且其对钯核表面的修饰作用能明显减弱钯与中间体(O-O)*的强烈键合，这对于抑制H₂O的生成有着极为重要的作用。

通过对催化反应条件的优化，该催化剂最终能实现91%的高选择性（如图所示）。同时，该催化剂循环催化六次后，活性和稳定性依然保持在较高水平，表明该催化剂同时具有良好的稳定性。

图2 Pd@Ni-3/TiO₂和Pd@NiO-3/TiO₂的结构和组成表征

图3 催化剂和反应条件的优化

图4 连续合成H2O2的生产率和之后的TEM

图5 接触面的结构和电子属性

图6 机制的能量概况

总之，本研究证明了表界面调控对钯基催化剂高效催化合成H₂O₂所起的重要作用。

参考文献：

Feng Y,Shao Q, Huang B, et al. Surface engineering at the interface of core/shell nanoparticles promotes hydrogen peroxide generation[J]. National Science Review, 2018.

DOI:10.1093/nsr/nwy065

https://doi.org/10.1093/nsr/nwy065