双氧水广泛应用于工业和环保领域，尤其在造纸、纺织和污水处理等方面发挥重要作用。然而，传统的双氧水生产工艺耗能大，且运输和储存存在安全隐患。我们团队致力于通过电化学方法，直接在阳极上生成双氧水，提供了一种更高效、便捷且安全的替代方案。与传统的四电子水氧化反应产生氧气不同，两电子水氧化反应能够直接生成双氧水，避免了副产氧气的问题。通过优化电化学反应条件，我们显著提升了双氧水的生成效率。这种方法特别适合现场制备，减少了长途运输所带来的不稳定性和安全风险。催化剂在双氧水的生成过程中起着关键作用。我们系统研究了多种金属氧化物的催化性能，发现钒酸铋具有最高的催化活性和选择性，极大地提升了双氧水的生成效率。通过调控催化剂的表面结构和掺杂如锶、钌等金属元素，我们有效提高了催化剂的稳定性，使其在较低电压下实现高效双氧水生成。此外，我们结合理论计算和实验验证，发现催化剂表面中间体的能量调控对反应效率至关重要。通过调节OH*等中间体的吸附能，进一步提高了双氧水的生成率。为了确保催化剂在长期应用中的稳定性，我们对钒酸铋及其他金属氧化物进行了表面优化，使其在高负荷条件下依然保持良好的反应活性。同时，通过金属掺杂，我们提高了催化剂在光照条件下的反应速率，降低了过电位要求，增强了材料的耐用性。未来，我们团队将继续研究新型金属氧化物催化剂及其他材料组合，进一步提升双氧水电化学合成的效率和催化剂的稳定性。

Selected paper:

Shi, Xinjian, et al. "Understanding activity trends in electrochemical water oxidation to form hydrogen peroxide." Nature communications 8.1 (2017): 701.

Kelly, Sara R.^#, Shi, Xinjian^#, et al. "ZnO as an active and selective catalyst for electrochemical water oxidation to hydrogen peroxide." ACS Catalysis 9.5 (2019): 4593-4599.

Shi, Xinjian, et al. "Electrochemical synthesis of H2O2 by two-electron water oxidation reaction." Chem 7.1 (2021): 38-63.

配图：