在La2NiO4钙钛矿电催化剂上高效电化学还原氧气生成过氧化氢

《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》：Efficient Electrochemical Reduction of Oxygen to Hydrogen Peroxide on the La2NiO4 Perovskite Electrocatalyst

两电子氧还原反应高效催化与有机污染物降解研究。La?NiO?钙钛矿氧化物通过简单溶胶-凝胶法制备，Ni2?富集与氧空位促进碱性条件下的高选择H?O?合成（88%），9小时稳定产率达2.58 mM h?1。FTIR/Raman证实*OOH路径主导ORR，DFT计算表明Ni2?与氧空位协同降低ΔG*OOH至0.12 eV，较传统LaNiO?提升37%。同时实现甲基蓝98%/h降解率，为过氧化氢电合成与污染治理提供新策略。

　　

两电子氧还原反应（ORR）是生成过氧化氢（H?O?）的一种极具前景且高效的方法，但其实际应用仍受到高性能、低成本电催化剂缺失的制约。本文中，通过简单的溶胶-凝胶法制备了一种La?NiO?钙钛矿氧化物，该材料具有较低的Ni位点氧化态和丰富的氧空位，能够高效催化H?O?的电合成反应。La?NiO?在碱性条件下表现出优异的ORR活性，并在宽电位范围（0.15–0.65 V）内具有高达约88%的H?O?选择性。此外，在H型电池配置中，该催化剂在-0.05 V时达到2.43 mM h?1的最大H?O?产率，在0.40 V时实现85.7%的峰值法拉第效率。在9小时内，La?NiO?的H?O?产率可稳定维持在2.58 mM h?1，浓度可积累至22.7 mM。原位傅里叶变换红外（FTIR）和拉曼光谱进一步证实了La?NiO?电催化剂上*OOH介导的2e? ORR反应的快速动力学过程。密度泛函理论（DFT）计算表明，La?NiO?中丰富的Ni2?物种和氧空位使其电子结构更为有利，从而显著降低了*OOH中间体的吉布斯自由能障碍ΔG*_OOH，相较于典型的LaNiO?材料而言。实验还观察到La?NiO?对某些有机污染物具有显著的电化学降解能力，尤其是亚甲蓝（MB）的降解率在1小时内可达98%。这项工作清晰地阐明了ORR反应的机制，并为设计用于选择性H?O?电合成和环境修复的钙钛矿氧化物催化剂提供了理论和实践指导。