戴黎明院士子刊：首次报道，即创纪录的FE！

通过选择性双-电子转移氧还原或水氧化反应的电合成过氧化氢提供了一种更清洁，更经济的替代蒽醌工艺，但在高电流密度下实现高法拉第效率（FE）还是一个挑战。

基于此，澳大利亚新南威尔士大学戴黎明院士和中国科学院上海应用物理研究所Guntae Kim等人报道了富氧空位的缺氧Pr_1.0Sr_1.0Fe_0.75Zn_0.25O_4-δ钙钛矿氧化物可很好地结合反应中间体，促进选择性和高效的双电子转移途径。该氧化物在宽电位范围（0.05 ~ 0.45 V）和高离子强度下电流密度超过50 mA cm⁻²下表现出优异的氧还原效率（~99%），在低过电位（0.39 V）下对双电子转移水氧化反应具有高选择性（~80%）。

此外，采用双功能电催化剂的无膜电解槽，在2.10 V和50 mA cm^-2下实现了创纪录的163.0%的FE，首次报道在新型无膜电解槽中高效双功能氧化物催化氧还原和水氧化，用于可扩展的过氧化氢电合成。

通过DFT计算，作者研究了D-PSFZ对H₂O₂生成的内在活性。在ORR和WOR过程中Fe-O端面表面产生H₂O₂的反应机理和反应中间体，表明ORR和WOR的效率可以通过单个反应中间体的能态（如ORR的HOO*和WOR的HO*）来热力学评价，分别以ΔG_HOO*和ΔG_HO*作为预测对2e-ORR和2e-WOR催化活性的参数。在不含Zn的PSF中，ORR和WOR的极限电位分别为0.16/0.07 eV和1.98/2.14 eV。在B位点掺杂Zn和通过改变表面构型引入O_v后，活性结果被正拓宽。因此，Zn和Fe原子都是ORR和WOR的活性位点。

从ORR和WOR这两个步骤的更替轨迹来看，对H₂O₂生成的竞争反应步骤是两个反应途径中O*中间体的形成。对于生成H₂O₂的高选择性表面，反应中间体的形成应有利于H₂O₂而不是O*。虽然ΔG_HOO*和ΔG_HO*可作为描述ORR或WOR的描述符，但ΔG_O*更适合预测ORR和WOR中H₂O₂对O*形成的有利程度。

Concurrent oxygen reduction and water oxidation at high ionic strength for scalable electrosynthesis of hydrogen peroxide. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-41397-1.

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