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酸性条件下，2e?氧还原（ORR）合成 H?O?因动力学缓慢和质子化问题，法拉第效率和产率受限。研究人员设计 CoN?O?单原子位点，通过调控电子结构促进 OOH 中间体吸附，实现～97% 的 H?O?选择性和～99% 法拉第效率，为电催化提供新策略。
过氧化氢（H?O?）作为一种绿色化学品，在水处理、化工合成等领域应用广泛。目前工业上主要采用蒽醌法生产 H?O?，但该方法存在能耗高、产生有机副产物和碳排放等问题。因此，通过两电子氧还原反应（2e? ORR）电化学合成 H?O?因其环保、可现场制备等优势备受关注。然而，酸性条件下 2e? ORR 面临动力学缓慢、选择性差的难题，强电场极化会破坏氢键、阻碍质子转移，导致与四电子路径（4e? ORR）竞争，限制了其商业化应用。
为解决这一挑战，国内研究人员开展了相关研究。研究团队通过球磨和表面氧化法，在碳边缘构建了钴单原子位点（CoN?O?）催化剂。该研究成果发表在《Applied Catalysis B: Environment and Energy》，为酸性条件下高效合成 H?O?提供了新方向。
研究中用到的主要关键技术方法包括：球磨法制备前驱体，高温热解和化学氧化处理生成原子级钴位点，利用 X 射线吸收光谱（XAS）、高角环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）等表征手段分析催化剂的结构和配位环境，结合密度泛函理论（DFT）模拟探究电子结构和反应机理，通过电化学测试评估催化剂的 ORR 性能。
催化剂的合成与结构表征
研究人员将双氰胺和六氰合钴酸钾 (III) 通过球磨处理，经高温煅烧和氧化得到 CoNC-OB 催化剂。HAADF-STEM 图像显示钴原子均匀分散在碳边缘，XAS 及拟合分析表明存在 CoN?O?结构，证实了不对称配位的成功构建。
电化学性能评估
在 0.1 M HClO?酸性电解质中，CoN?O?位点在 0.05-0.4 VRHE电位范围内展现出 > 95% 的 2e? ORR 选择性，转移电子数约为 2.05，H?O?产率达 579 mmol gcat-1 h-1，法拉第效率约 98%，显著优于传统 CoN?位点。实验表明，该催化剂加速了 OOH 中间体的脱附并抑制其质子化。
机理探究与理论模拟
DFT 模拟显示，不对称的 CoN?O?配位结构降低了 d 带中心，调节了钴位点的电子密度，优化了 OOH 中间体的吸附，使 2e? ORR 的能垒最小化，有效抑制了 O-O 键的断裂，促进 H?O?生成。
实际应用验证
组装的流动电池可稳定生产浓度为 10 mmol L-1的 H?O?超 120 小时，并成功用于染料和抗生素的分解，展示了该催化剂在环境治理中的实际应用潜力。
研究结论与意义
本研究通过碳边缘钴单原子位点的不对称配位调控（CoN?O?），显著提升了酸性条件下 2e? ORR 的选择性和效率，揭示了配位工程对电子结构和中间体吸附的调控机制。该策略为设计高效单原子催化剂提供了新思路，有望推动电化学合成 H?O?在环保和化工领域的应用，助力绿色化学工艺的发展。研究结果不仅深化了对 ORR 选择性调控的理解，也为其他电催化反应的配位设计提供了参考。
