综述：双电子氧还原与双电子水氧化电合成H2O2的研究进展：从催化剂到电化学系统

这篇综述系统梳理了通过2e-氧还原反应(ORR)和2e-水氧化反应(WOR)电合成H2O2的研究进展，对比传统蒽醌法的缺陷，重点探讨了金属/碳基催化剂设计、电解槽优化及工业化应用挑战，提出了评价体系标准化等创新视角，为绿色氧化剂生产提供了重要理论指导。

　　

2-电子ORR：绿色合成H₂O₂的阴极路径

在酸性或中性条件下，氧气通过2e^-转移路径可生成H₂O₂（标准电位+0.70V vs RHE），与4e^-生成水的路径存在竞争。研究者通过调控催化剂电子结构，特别是优化OOH中间体吸附能（ΔGOOH在0.7-4.2eV区间），可显著提高选择性。贵金属合金（如Pd-Hg）和单原子催化剂（如Co-N-C）通过几何/电子效应，将选择性提升至90%以上。旋转圆盘电极（RDE）测试中，H型电解槽的传质限制促使研究者开发气体扩散电极（GDE）体系，使工业级电流密度突破300mA/cm²。

旋转电极：从实验室到工业放大的桥梁

旋转环盘电极（RRDE）通过独特的三电极设计，可实时监测H₂O₂生成效率与分解速率。当圆盘电极产生的H₂O₂扩散至铂环电极时，在恒定电位下发生氧化反应，其电流响应与H₂O₂浓度呈线性关系。值得注意的是，碱性条件下H₂O₂易发生歧化反应，因此中性/弱酸性介质更利于产物积累。最新研究将旋转电极与在线紫外检测联用，实现了法拉第效率（FE）的精准测定。

2-电子WOR：阳极产H₂O₂的新范式

相比成熟的ORR路径，2e^-WOR面临更大挑战——需平衡OH中间体的吸附强度（ΔGOH≈2.409eV）。研究发现，BiVO₄等金属氧化物通过调控d带中心位置，可抑制4e^-析氧反应（OER）。特别值得注意的是，WO₃/碳纳米管杂化材料在1.5V vs RHE下实现80%选择性，这归因于其独特的质子-电子协同传输通道。但阳极产生的•OH自由基可能引发催化剂腐蚀，因此开发抗氧化载体成为关键突破点。

电解槽设计：从三电极到工业级反应器

传统H型电解槽受限于氧气溶解度（~1mM），而流动池设计通过GDE实现气-液-固三相界面优化。质子交换膜（PEM）反应器可避免产物交叉污染，但Nafion膜会导致H₂O₂分解。最新设计的双膜反应器采用阳离子交换膜（CEM）与阴离子交换膜（AEM）组合，在100小时连续运行中保持70%FE。微流体电解槽则通过毫米级反应通道，将能耗降至4kWh/kg以下。

结论与展望：绿色化学的未来图景

尽管当前电合成H₂O₂仍面临成本（目标<$0.5/kg）和稳定性（>5000h）挑战，但通过机器学习辅助催化剂设计、膜组件优化以及风光能源耦合，有望实现分布式生产。特别值得关注的是，将电合成系统与芬顿水处理工艺集成，可构建"零碳排"环境治理新范式。未来研究应建立统一的活性位点表征标准，并开发兼顾选择性与稳定性的非贵金属催化剂体系。