边缘定位不对称CoN2O2位点激活空气自呼吸阴极浸润区域实现高效H2O2电合成

《Applied Catalysis B: Environment and Energy》：Unlocking Flooded Domains in Air-breathing Cathodes with Edge-Located Asymmetric CoN 2O 2 Sites for Robust H 2O 2 Electrosynthesis

　　本文报道了一种边缘定位不对称CoN2O2单原子催化剂，通过跨尺度电极设计将气扩散电极（GDE）活性区域扩展至浸润区，解决了空气自呼吸阴极O2传质受限和易浸润的难题。该策略实现了738.5 mg L-1的H2O2产率（25 mA cm-2，6小时），为无曝气H2O2电合成提供了新范式。

　　

亮点

本文开发了一种具有边缘定位不对称CoN₂O₂位点（eCoN₂O₂）的肺泡状碳载钴单原子电催化剂，通过跨尺度调控催化层结构，将气扩散电极（GDE）的活性区域从传统三相反界拓展至浸润区域。多孔骨架促进O₂传输，而eCoN₂O₂位点通过自旋极化效应增强O₂/OOH*中间体吸附，实现溶解氧的高效利用。该电极在6小时内实现738.5 mg L^-1的H₂O₂产率，性能提升3.8倍。

材料合成与结构表征

通过两步浸渍-热解法合成原子级分散的eCoN₂O₂电催化剂（图1a）。ZIF-8载体因其边缘框架的不饱和悬挂键优先锚定钴酞菁（CoPc）分子，经热解后形成边缘富集的Co单原子位点。同步辐射X射线吸收谱证实Co与两个N原子和两个O原子配位，打破平面对称性，诱导电荷重排。

结论

本研究通过将GDE的浸润区域转化为活性反应域，重新定义了电极结构设计理念。肺泡状碳基底提供宏观O₂传输通道，而原子级不对称CoN₂O₂位点通过电子结构调控增强O₂活化能力，为高效H₂O₂电合成提供了跨尺度解决方案。