近日，天津大学对外宣布，该校材料与工程学院梁骥教授团队通过独特的层间氢键设计，成功开发出一种高性能电催化剂，实现了绿色过氧化氢的高效合成，且有望实现“即产即用”。相关研究发表于期刊《自然·通讯》。
过氧化氢作为重要的氧化剂和消毒剂，广泛应用于化工、医疗和环保领域，2024年全球需求量高达600万吨。然而，目前95%的过氧化氢依赖高能耗的蒽醌法生产，不仅存在安全隐患，还会造成环境污染。开发绿色、高效、可持续的过氧化氢合成方法是科学界和工业界的共同目标。其中，电化学合成技术能直接利用氧气和水生成过氧化氢，可在常温常压下生产，有望实现过氧化氢“即产即用”的理想目标。但长期以来，催化剂在中性和碱性环境中活性低、选择性差、稳定性不足，制约了该技术的实际应用。
为解决上述难题，梁骥团队研发了一种镍基金属有机框架材料。该材料具有独特的层状结构，使镍活性中心与相邻层的氨基基团形成“层间氢键”。该效应犹如一把“分子钥匙”，使该材料对于电合成过氧化氢的催化能力精准匹配理论最优值，既保证了反应活性，又大幅抑制了副反应发生。与传统催化剂依赖金属中心电子结构调控不同，研究团队通过设计材料的分子堆积方式，利用氢键等非共价键作用力，实现了对催化反应的精准调控。这种“非配位结构调控”策略为新型电催化材料的研发提供了崭新的思路，未来可拓展应用于更多化学反应体系。
测试表明，在中性和碱性环境中，该催化剂制备过氧化氢的产率远超同类产品。在人工海水中，该催化剂制得的过氧化氢质量浓度可快速积累到1%，而在碱性溶液中则可快速积累到3%，均达到了污染物降解、杀菌等需求的实用标准。例如，利用该材料在生理盐水中制备过氧化氢仅30分钟后即可对大肠杆菌等致病菌实现100%的杀灭率，并对毒性有机染料实现快速降解。
这种新型催化剂，不仅有望破解传统生产工艺高能耗、高污染难题，还在中性和碱性环境以及复杂水质中展现出良好的适用性。目前，研究团队正在优化制备工艺，推动技术从实验室走向工业化生产线，力争早日实现对传统高污染工艺的替代，助力绿色化工目标实现。
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