浙江大学侯阳教授团队，最新Nature系列综述！

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O ₂ 电合成

【 H ₂ O ₂ 电合成 】

H ₂ O ₂ 的2e ⁻ ORR电合成始于O ₂ 在催化剂表面吸附与部分还原 。催化剂特性决定生成H ₂ O(4e ⁻ )或H ₂ O ₂ (2e ⁻ )。O ₂ 在孤立活性位点上的端向吸附促进形成OOH中间体，对选择性生成H ₂ O ₂ 至关重要。酸性条件下：O ₂ +2H ⁺ +2e ⁻ → H ₂ O ₂ (E=0.71Vvs.RHE)。碱性条件下(pH13)：O ₂ +H ₂ O+2e ⁻ → HO ₂⁻ +OH ⁻ (E=+0.74Vvs.RHE)。催化剂表面需精确调控OOH结合能(约4.22eV)。 催化剂研究包括贵金属（ Au、Pd、Pt，如Pd-Hg活性比Au高两个数量级）、过渡金属单原子催化剂（如Co-N-C的H ₂ O ₂ 选择性达80%）和无金属碳催化剂（如杂原子掺杂或缺陷调控） 。 电解槽主要有三类： （1） H型槽： 电流密度100mAcm ⁻ ² ，产率1mmolcm ⁻ ² h ⁻ ¹ ，受O ₂ 慢 扩散限制。 （2） 流动槽 (带GDE) ：电流密度>300mAcm ⁻ ² ，产率1-10mmolcm ⁻ ² h ⁻ ¹ ，但存GDE浸水和欧姆电阻问题。 （3） MEA槽： 阴极直接置于膜上，欧姆损耗小，电流密度可达数 Acm ⁻ ² ，但H ₂ O ₂ 积累可能导致其降解（自分解和电还原）。局部GDE界面碱化形成HO ₂⁻ 离子可减轻降解。

图 2 . H2O2电气合成的电解器

【 MEA 槽原理 】

典型 MEA 槽由两个 流场板(FFP)、阴极气体扩散电极(GDE)、阳极和离子交换膜(IEM)组成，共同管理O ₂ 、水和H ₂ O ₂ 的传质。 图 2a比较了 三种电解槽 ：H型槽传质差；流动槽传质增强但有浸水和高欧姆电阻问题；MEA槽零间隙结构减少浸水和欧姆损耗，但局部H ₂ O ₂ 浓度高。图2b展示了单膜MEA槽及其组件特性。GDE：多层结构，含气体扩散层（常为疏水微孔碳层，0.1µm孔）、离聚物粘合剂和催化剂层。高催化剂负载(>0.5mgcm ⁻ ² )可能堵塞GDE。GDE界面疏水改性（如PTFE处理）可防浸水，但PTFE不导电。电湿润现象（图3b，液滴接触角随电位降低）会影响GDE长期疏水性。具微裂纹的GDE（图3c）可减弱电湿润，如裂纹区10小时后接触角仍为91.4°，而致密区降至63.9°。电解质添加剂可调控水合环境：酸性介质中碱金属阳离子（如K

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