过氧化氢被广泛用作消毒剂、漂白剂、消毒剂、化工合成中的绿色氧化剂，甚至可作为潜在的能量载体。目前，大约99%的H₂O₂是使用多步蒽醌工艺生产的。然而，这一过程属于能源密集型，并且只能在集中式工厂中进行。蒽醌工艺固有的复杂性使得许多研究人员开始研究一步法以实现用一个简单的装置在现场小规模地连续生产过氧化氢，而电化学合成是一种有效策略。无金属氧化碳材料可以结合各种含氧官能团，具有广泛调整性能和优化活性位点的潜力。目前的开创性的研究都采用苛刻的氧化条件来裂解强sp²C-C键，并加入氧官能团，这反过来又使得碳材料难以使其具有目标基团的官能化。由于普通表征方法的分辨率不足以区分相似的官能团，准确识别最活跃的官能团本身就变得困难。

有鉴于此，韩国蔚山科学技术院Feng Li，Jong-Beom Baek，加拿大卡尔加里大学Samira Siahrostami报道了一种简便的合成方法，将醌官能团结合到碳纳米结构中。为了进行比较，同时采用预活化方法制备了富羰基和醚环富集型石墨纳米片(分别记为GNP_C=O和GNP_C-O-C)。

文章要点

1）研究人员采用两步法制备了边缘氧化石墨纳米片。首先是通过机械力化学同时粉碎和剥离石墨而产生自由边缘位置。然后，用温和的CO₂氧化剂或稀释的O2饱和反应边缘位置。研究人员发现，当使用CO₂作为氧化剂时，很容易形成羰基相关的基团。在这种情况下，所制备的产物被标为GNP_C=O。即使是稀释的O₂也可以选择作为氧化剂。在稀氧气氛中制备了醚环(C-O-C)功能化石墨纳米片(GNP_C-O-C)。使用精细的表征方法，如软XANES、XPS、FTIR和CV，证明了每个样品都具有可识别和所需的官能团(醚环、羧基和醌)。

2）电化学测试表明，富含醌官能团(GNP_C=O,1)的样品具有较高的选择性，0.75 V电压时，H₂O₂的产率为97.8%，优于已报道的醚环和羧酸基团。

3）通过研究独立的醌分子系统进一步证明了醌官能团的活性。最后，利用密度泛函理论(DFT)计算来模拟不同可能的醌官能团，并考察它们对ORHP的活性。结果表明，醌基团表现出很高的活性，过电位可以忽略不计。

Han, G., Li, F., Zou, W. et al. Building and identifying highly active oxygenated groups in carbon materials for oxygen reduction to H₂O₂. Nat Commun 11, 2209 (2020).

DOI：10.1038/s41467-020-15782-z

https://doi.org/10.1038/s41467-020-15782-z