碳基催化剂与H2O2电合成：机理、设计与电极研究进展

"碳基催化剂在双电子氧还原反应制备H2O2的机理和电极制备方面的研究" 本文深入探讨了碳基催化剂在双电子氧还原反应（ORR）生成过氧化氢（H2O2）过程中的作用机制、催化剂设计以及电极制备技术。过氧化氢作为一种强大的氧化剂，被广泛应用于化学合成、废水处理及高级氧化工艺等多个领域。传统的ORR通常产生水，但通过双电子转移途径可以直接生成H2O2，这对提升H2O2的生产效率和降低成本具有重要意义。 碳材料由于其丰富性、可调性以及良好的电化学性能，被认为是替代昂贵贵金属催化剂的理想选择。文章总结了近年来在理论预测、合成方法和实验研究中关于碳基催化剂的最新进展。作者们详细介绍了不同类型的碳材料，如石墨烯、碳纳米管、介孔碳等，以及它们在ORR中催化H2O2生成的独特性质。 此外，文章还涵盖了电极制造和修饰的各种技术，包括电沉积、化学气相沉积、模板法等，这些技术能够优化碳基催化剂的表面结构和电化学性能，提高H2O2的产率。特别是对多孔电极内空气呼吸阴极的研究，揭示了三相界面在ORR中的关键作用，这对于理解反应动力学和提高催化效率至关重要。 尽管碳基催化剂在ORR中表现出巨大潜力，但仍然面临一些挑战，如催化剂稳定性、选择性和产率等问题。文章对未来的研究方向提出了建议，包括开发新型碳材料、优化电极结构、理解和调控催化机理等，以期进一步提升H2O2的电合成效率。 本文为碳基催化剂在H2O2电合成领域的研究提供了全面的综述，对研究人员理解ORR机制、设计高效催化剂以及改进电极制备技术提供了宝贵指导。通过持续的科研努力，有望实现更经济、环保的H2O2大规模生产。