通过氧还原反应（ORR）进行的分散式过氧化氢（H₂O₂）电合成可以在消毒控制，制浆和纺织品漂白，废水处理以及可再生能源存储等领域中应用。过渡金属氧化物通常不是有效的催化剂，因为它们对生成H₂O的选择性更高。

有鉴于此，澳大利亚悉尼大学的陈元教授和魏力等人，发现二价3d过渡金属阳离子（Mn，Fe，Co，Ni和Cu）可以控制铌铁矿纳米颗粒的催化活性和选择性。

本文要点

1）通过水热法使用聚氧铌酸盐（K₇HNb₆O₁₉·13H₂O）和二价金属阳离子为原料合成。在碱性电解液中，最佳的NiNb₂O₆在0.2 ~ 0.6 V的宽电位窗口中可保持96％的H₂O₂选择性和92％的H₂O₂法拉第效率，优于其他过渡金属氧化物催化剂。

2）非原位X射线光电子和operando傅立叶变换红外光谱研究，以及密度泛函理论计算，揭示了3d过渡金属改变了催化活性表面Nb原子的d段中心，并改变了它们与ORR中间体的相互作用。

3）在应用中，NiNb₂O₆在H型电解槽中可提供高达1 mol_H2O2 g_cat^-1 h^-1的H₂O₂产率，并可产生包含300×10^-3 _M H₂O₂的阴极电解液，以有效地分解多种有机染料。

总之，低成本的3d过渡金属介导的铌铁矿催化剂显示出极好的应用潜力。

参考文献：

Chang Liu et al. 3d Transition‐Metal‐Mediated Columbite Nanocatalysts for Decentralized Electrosynthesis of Hydrogen Peroxide. Small, 2021.

DOI: 10.1002/smll.202007249

https://doi.org/10.1002/smll.202007249