通过掺杂杂原子的碳纳米片高效电合成过氧化氢，用于原位杀菌

《ACS Applied Nano Materials》：Highly Efficient Electrosynthesis of H2O2 by Heteroatom-Doped Carbon Nanosheets for In Situ Sterilization

氧还原反应（ORR）为绿色过氧化氢（H?O?）制备提供新途径。研究开发出氮掺杂（rGO-N）及其复合型催化剂，在模拟海水中实现高活性（300 mmol/g/h）与高选择率（70%），中性条件表现更优。该催化剂在复杂自然海水中仍保持45%选择率，氯离子促进反应选择性。电催化过程中同步产生高灭菌效率（99% 30分钟），为海洋环境抗菌防污提供潜在解决方案。

　　

氧还原反应（ORR）为高效生产过氧化氢（H₂O₂）提供了一种环保的替代途径。提高这一过程的环境安全性和符合可持续发展目标至关重要。在本研究中，我们开发了一种杂原子掺杂的还原氧化石墨烯（rGO-N/rGO-S/rGO-SN）催化剂，其中rGO-N在模拟海水（含3.5% NaCl）条件下表现出良好的双电子催化性能。该催化剂在中性条件下具有更高的活性，同时保持了70%的过氧化氢选择性。在-1.1 mA/cm²的电流密度下，rGO-N的过氧化氢产率可达到300 mmol/g/h。rGO-N的优异电催化活性归因于氮杂原子的掺杂，这改变了材料的电子结构，从而促进了2e^–的还原过程。此外，即使在含有复杂离子的自然海水中，rGO-N的过氧化氢选择性仍可保持在45%以上。有趣的是，研究发现氯离子能够进一步提高2e^– ORR反应的过氧化氢选择性。我们对使用H型电解池通过电催化产生的过氧化氢进行了抗菌实验，结果表明在模拟海水中，30分钟内的杀菌率可高达99%，这表明该催化剂在未来的实际应用中具有巨大潜力，例如在海洋环境中实现绿色、高效的抗菌和防污功能。