通过两电子氧还原途径电催化合成过氧化氢（H₂O₂）是一种越来越受到重视的绿色生产工艺，然而目前仍然缺乏在工业级电流密度下具有高选择性和高活性的有效电催化剂，致使其在过氧化氢浓度和过氧化氢产率方面难以达到实际应用的水平。

近日，同济大学化学科学与工程学院赵国华教授团队提出了一种利用金属有机框架自优化重构行为生成阳离子空位的策略，用于固态电解质反应池中工业级电流密度下H₂O₂的高效电合成。相关研究成果“Self-Optimized Reconstruction of Metal-Organic Frameworks Introduces Cation Vacancies for Selective Electrosynthesis of Hydrogen Peroxide”以Research Article形式发表于国际化学领域权威期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)。

研究内容：

研究团队基于MOFs的自优化重构特征，利用电化学选择性原位去除特定金属离子的策略，在催化剂表面引入了丰富的阳离子空位。

研究人员利用原位电化学拉曼光谱和原位电化学同步辐射深入探究了MOF的电化学重构过程，通过EPR谱学表征和球差电镜可视化结构表征证实了阳离子空位的成功引入。

旋转环盘（RRDE）实验结果表明，阳离子空位的引入使电催化剂的H₂O₂选择性在碱性和中性环境中均达到了97%以上，证实了阳离子空位在调节催化剂的H₂O₂选择性和活性方面的核心作用。

在固体电解质反应池中，电催化剂展现出良好的稳定性（220 h性能不衰减），同时在400 mA cm⁻²的工业级电流密度下可以持续输出浓度为3.36 wt%的H₂O₂水溶液（产率：24.53 mol g_catalyst^-1 h^-1）。在中试实验中，可以连续输出超过8 wt %的高浓度H₂O₂水溶液，该策略有望为分布式、可持续的过氧化氢电合成提供借鉴和启示。

系列原位电化学研究结果阐明了关键中间体*OOH在2e⁻ ORR过程中的结合机制，证实了阳离子空位在2e⁻ ORR反应中的促进作用。

理论计算结果表面光在原子水平上，阳离子空位工程有效调节了材料的电子和表面结构，使关键中间体*OOH在催化表面的吸附得到优化，进而抑制O-O键的进一步断裂，以促进2e⁻ ORR反应途径的更好、更快发生。

上述研究工作得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目和上海光源重点课题研究项目等的支持。赵国华教授为论文的通讯作者，博士生苗超为论文第一作者。

文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202501930