基于共价有机框架的催化剂在过氧化氢电合成方面的最新进展

《Chemical Communications》：Recent advances in covalent organic framework-based catalysts for the electrosynthesis of hydrogen peroxide

过氧化氢作为重要工业化学品，其传统生产工艺存在能耗高、污染大等问题。本文综述了共价有机框架（COFs）作为电催化合成过氧化氢的高效催化剂，通过调控金属配位、掺杂异原子、工程缺陷及热解衍生等策略优化氧还原（ORR）与水分解（WOR）协同反应，为可持续生产提供新途径，并探讨了规模化应用的关键挑战。

　　

过氧化氢（H₂O₂）是一种重要的化学品，年产量超过400万吨，在工业消毒、环境修复和化学合成中发挥着关键作用。目前的工业规模生产依赖于能耗较高的蒽醌氧化（AO）工艺，该工艺需要多个反应步骤，会产生大量有害废物，并且依赖于集中式的制造设施。电化学途径——特别是通过两电子氧还原（2e^? ORR）和水氧化（2e^? WOR）路径——通过使用可再生能源电力实现了分散式的H₂O₂生产，从而提供了一种可持续的替代方案。本文综述了共价有机框架（COFs）作为下一代电催化剂的独特优势，重点介绍了它们精确可调的孔结构、明确的活性位点以及出色的稳定性，这些特性共同解决了电化学H₂O₂合成中的关键问题。首先，我们通过研究2e^?路径的机理方面（包括关键中间体*OOH*和决定选择性的因素）建立了基础的结构-活性关系。随后，系统评估了创新的COF设计策略：（i）金属配位以优化中间体吸附；（ii）杂原子掺杂以改善电荷分布；（iii）缺陷工程以提高质量传输；（iv）热解衍生物在活性与稳定性之间的平衡。最后，我们指出了关键的研究方向，包括用于工业规模操作的反应器工程、在实际条件下的稳定性提升以及技术经济分析，为推进可持续的H₂O₂电合成技术提供了可行的指导。