锌空气电池驱动自供能过氧化氢电合成：钴/氮共掺杂碳纳米纤维电催化剂的创新应用

为解决传统蒽醌法生产过氧化氢(H2O2)的高能耗与污染问题，山东大学团队开发了Co/N共掺杂碳纳米纤维电催化剂(CoNC@CNF-900/OPT)。该催化剂通过静电纺丝技术制备，在锌空气电池(ZABs)中实现双功能集成：0.786 V的半波电位(E1/2)和62.5%的H2O2选择性，同时输出179 mW cm-2的峰值功率密度。这项发表于《Materials Today Physics》的研究为能源-化学联产系统提供了新范式。

　　

传统工业生产过氧化氢(H₂O₂)的蒽醌法不仅消耗大量能源，还会产生有毒副产物，而高浓度H₂O₂的储运又存在爆炸风险。更棘手的是，现有电化学合成技术依赖持续外部供电，在电力基础设施薄弱的地区难以推广。面对这些挑战，山东大学的研究人员将目光投向了锌空气电池(ZABs)——这种兼具高能量密度和低成本特性的储能装置，能否在放电过程中同步实现H_{22的绿色合成？}

研究团队通过静电纺丝技术构建了钴/氮共掺杂碳纳米纤维催化剂(CoNC@CNF-900/OPT)。这种一维结构不仅解决了传统高温热解法导致的孔道塌陷问题，其连续的导电网络更显著提升了电子传输效率。关键创新在于将ZABs的放电过程与2e^-氧还原反应(ORR)巧妙耦合，使系统在发电的同时完成化学品合成。

主要技术方法
采用静电纺丝将ZIF-8/PAN前驱体制备为纳米纤维，经900℃优化热处理获得CoNC@CNF-900/OPT；通过旋转环盘电极(RRDE)测试2e^- ORR选择性；采用H型电解槽评估H₂O₂产率；构建液态和流动态ZABs测试系统。

合成与表征
SEM/TEM显示催化剂具有交织的纳米纤维形貌，XPS证实Co-N_x活性位点的成功构建。比表面积达682 m² g^-1的介孔结构为质量传输创造了理想条件。

电化学性能
在0.3 V vs. RHE电位下实现62.5%的H₂O₂选择性，H型电解槽中产率高达1791 mmol g_cat^-1 h^-1。值得注意的是，流动态ZABs在保持99.31 mW cm^-2功率输出的同时，仍能维持33.55 mmol g_cat^-1 h^-1的H₂O₂产率。

结论与意义
该研究开创性地将ZABs拓展为"发电-化工"双功能平台，其核心价值在于：1) 通过结构设计克服了M-N-C材料传质受限的瓶颈；2) 验证了分布式H₂O₂生产的可行性；3) 为开发自供能电化学系统提供了普适性策略。这种"一石二鸟"的设计理念，或将在医疗消毒、废水处理等需现场使用H₂O₂的领域产生深远影响。