过氧化氢（H₂O₂）在当今的化学工业中被广泛用作氧化剂和漂白剂，同时还被用作医学上的温和防腐剂。在过去的几年中，研究人员一直致力于合成可以高选择性地将氧气（O₂）还原为H₂O₂的低成本的电催化剂。

有鉴于此，中科院理化技术研究所张铁锐研究员等人，通过简单的“席夫碱配体调节”热解策略，成功合成具有四齿Ni-N₂O₂配位的碳负载Ni（II）单原子催化剂。

本文要点

1）首先用乙酸镍和席夫碱配体(R,R)-(-)-N,N'-双(3,5-二叔丁基水杨酸基)- 1,2-环己二胺(Jacobsen配体)合成了Ni(II)席夫碱络合物。然后将Ni (II)络合物吸附到炭黑载体上，在Ar中以300℃的温度进行热解。热解过程在炭黑载体表面形成了Ni-N₂O₂基团，其中Ni负载量约为2.0 wt.%。

2）旋转圆盘电极（RRDE）ORR测试表明，Ni-N₂O₂/C催化剂在0.1 M KOH中将O₂电化学还原为H₂O₂具有优异的活性和选择性，H₂O₂的选择性达到96%，是目前报道的非贵金属电催化剂中H₂O₂选择性最高的催化剂之一。通过在三相液流池中使用Ni-N₂O₂/C催化剂，H₂O₂的选择性达到91％，实现了5.9 mol g_cat^-1h^-1的H₂O₂生产率，且在8小时的测试中保持了良好的催化剂稳定性。

3）三相流通池可通过确保在阴极处保持高浓度的O₂来实现高电流密度，从而克服O₂在水介质中固有的低溶解度和低扩散速率，这通常会限制ORR和均相电催化。因此，智能催化剂的设计(引入Ni-N₂O₂位点)和三相液流池的组合，使得O₂在碱性溶液中可以高效地双电子还原为H₂O₂。

总之，该工作对于将O₂选择性还原为H₂O₂的金属单原子催化剂的设计制备具有重要的借鉴意义。

参考文献：

Yulin Wang et al. High‐efficiency oxygen reduction to hydrogen peroxide catalyzed by Ni single atom catalysts with tetradentate N2O2 coordination in a three‐phase flow cell. Angew., 2020.

DOI: 10.1002/anie.202004841

https://doi.org/10.1002/anie.202004841