中国科学院合肥物质科学研究院(HFIPS)的科学家合成了一种氧配位的Fe单原子和原子团簇催化剂，在H2 O 2生产 和生物质升级方面表现出优异的电催化性能。

过氧化氢 (H 2 O 2 ) 是一种广泛使用的化学品，应用于环境、能源和医疗保健等多个领域。虽然传统上是通过能源密集型工艺制造的，但电催化合成提供了一种使用水和氧气的更环保、更有效的方法。然而，这种方法需要先进的电催化剂来实现高产率和选择性的H 2 O 2 生产，并且需要进一步关注所产生的H 2 O 2的利用，特别是在电化学有机氧化过程中。这为环境修复以外的增值应用提供了巨大的潜力。

在这项研究中，科学家们利用细菌纤维素作为吸附调节剂和碳源，结合涉及湿化学浸渍、热解和酸蚀刻过程的多步骤方法，创建了一种名为 FeSAs/ACs-BCC 的催化剂，其组成为氧配位的 Fe 单原子和原子簇。使用先进的成像技术(例如像差校正扫描透射电子显微镜)证实了 Fe 单原子和簇的存在。另外，使用X射线精细结构吸收光谱法和X射线光电子能谱法测定了Fe的原子结构。

该催化剂在碱性条件下对2电子氧还原反应(2e - ORR)表现出出色的电催化性能和选择性。 进一步的 H 电池实验证实了电解液中H 2 O 2的积累。

研究人员成功地将原位生成的H 2 O 2 与电芬顿过程耦合，使用乙二醇作为反应物，酸化的0.1M Na 2 SO 4 作为电解质。这导致了乙二醇的高转化率和甲酸的高选择性，表明电芬顿工艺具有通过氧化升级改善生物质原料的潜力。

除此之外，他们还开发了基于气体扩散电极的三相流通池，以进一步提高H 2 O 2 产率。

密度泛函理论分析表明，2e - ORR过程中的实际催化活性位点是Fe簇，Fe单原子和Fe簇之间的电子相互作用可以显着增强2e - ORR的电催化性能。

这项工作将有助于设计和开发原子级电催化剂，用于高效2e - ORR生成H 2 O 2 和生物质升级。