物理学院教师王立群博士合作在Nature Communications发表题为“Facilitating two-electron oxygen reduction with pyrrolic nitrogen sites for electrochemical hydrogen peroxide production”的研究文章，提出一种发展高性能过氧化氢碳基催化剂的新思路。

作为一种重要的化工原料，过氧化氢（H₂O₂）已经被广泛地应用于医疗、纺织等多个领域。此外，H₂O₂还被认为是一种极具潜力的新能源载体，有望在未来的清洁能源领域发挥重要作用。通过电催化两电子氧还原（2e⁻-ORR）的路径合成H₂O₂不仅能量利用率高，还可以实现分布式制备，以达到较高的经济效益。在2e⁻-ORR催化剂领域，吡咯氮被认为是一种具有高选择性的构型。

鉴于此，我校物理与材料科学学院王立群老师与天津大学梁骥教授/侯峰教授，以及中国科学院金属研究所尹利长研究员合作，通过在石墨烯中引入大量孔结构和缺陷，为吡咯氮提供了更加丰富的掺杂环境，从而实现了在碳基载体上的高比例掺杂。

开发的富吡咯氮掺杂的石墨烯介孔碳复合材料表现出极佳的2e⁻-ORR性能，在−0.6 V vs. RHE的测试电位下，达到30 mol g⁻¹ h⁻¹的H₂O₂产率，同时表现出80%的法拉第效率。24h的长时长测试可以积累得到7.2 g L⁻¹的H₂O₂（图1）。理论结果表明：双吡咯氮活性中心比石墨氮、吡啶氮和单吡咯氮相比会具有更小的反应过电位。而双吡咯氮活性中心的两电子反应能垒远低于四电子反应，从而表现出更高的催化性能。

图1 材料的2e⁻-ORR催化性能

该工作由物理学院王立群博士和天津大学梁骥教授/侯峰教授，以及中国科学院金属研究所尹利长研究员合作完成，维多利亚vic119为第二通讯单位。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-40118-y