电催化氧还原（ORR）反应受到人们的广泛关注，因为ORR反应具有广泛的环境应用，但是目前人们对ORR的2e^-电子反应路径的原子精度机理并不清楚，影响人们设计同时具有高活性和高选择性的ORR电催化剂，以及电催化剂由于Fenton反应发生降解，H₂O₂电催化合成的低效率等问题。

有鉴于此，伦敦大学学院何冠杰（Guanjie He）等报道发现为人们广泛接受的基于Sabatier火山图设计电催化剂的方法获得的优化催化活性，但是无法用于优化2e^-选择性。通过电化学表征和原位光谱表征研究一系列CoN_x/C纳米棒催化剂，发展了一种“动态催化活性位点饱和”模型，旨在通过向中间体导向二次ORR电子转移的方式，尽最大量构筑2e^- ORR催化活性位点，从而控制O₂氢化反应动力学。

本文要点

（1）

这项工作首次揭示说明广泛应用的使用Sabatier理论发展高活性2e^- ORR电催化剂的缺陷和不足，原因在于目前的ORR电催化剂局限于活性-选择性的均衡。基于这个问题，提出了“动态催化活性位点饱和”（dynamic active site saturation）模型，设计了一系列CoN_x-ACNT催化剂，在ORR选择性和Co-N配位结构之间建立联系，因此能够同时提高活性和选择性。

（2）

CoN₄₊₄-ACNT催化剂实现了~100 % FE_H2O2效率和较高的E_{@1 mA cm}^-2，性能达到目前相关报道2e^- ORR电催化剂最好的性能，性能接近理论极限。通过ECD分析，说明这种催化剂能够不牺牲催化活性的情况提高选择性。通过原位光谱表征研究，说明通过调控CoN₄₊₄催化位点的O₂氢化反应动力学，实现了2e^- ORR催化活性和选择性。通过分析赝电容和ORR催化活性，提出了氧化还原反应诱导电子离域机理，而且将这种机理应用于设计4e^- ORR电催化剂。这项工作的发现为设计燃料电池和制备H₂O₂的电催化剂提供经验和帮助。

参考文献

Runjia Lin, Liqun Kang, Karolina Lisowska, Weiying He, Siyu Zhao, Shusaku Hayama, Dan Brett, Graham Hutchings, Furio Corà, Ivan Parkin, Guanjie He, Approaching theoretical performances of electrocatalytic hydrogen peroxide generation by cobalt-nitrogen moieties, Angew. Chem. Int. Ed. 2023

DOI: 10.1002/anie.202301433

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202301433