電化學2-電子氧還原反應（ORR）是可再生和原位生產過氧化氫（H₂O₂）的一種有前景的途徑。其中，富氧碳納米管（CNTs）已被證明具有高選擇性（≈80%），但是定制碳納米管的組成和結構以進一步提高選擇性和拓寬工作電壓范圍仍然是一個挑戰。

基于此，北京化工大學孫曉明教授和田書博副教授、新西蘭奧克蘭大學王子運（共同通訊作者）等人報道了他們結合甲酰胺縮合涂層和溫和的溫度煅燒，合成了一種氮和氧共改性碳納米管（N, O-CNTs）電催化劑。

實驗測試發現，N, O-CNTs電催化劑在寬電壓范圍（從0到0.65 V vs. RHE）顯示出優異的H₂O₂選擇性（>95%），明顯優于CNTs（在0-0.65 V vs. RHE中約為50%）和O-CNTs（在0.3-0.65 V vs. RHE中約為80%）的相應選擇性值。

密度泛函理論（DFT）計算表明，O摻雜可以有效提高2電子ORR活性，而N相關物種進一步減少了由于氧積累引起的失活，從而提供了穩定和高催化位點。O-和N-物種共同優化了CNTs的*OOH吸附并導致高選擇性。

通過使用優化的N, O-CNTs電催化劑，調整不對稱潤濕性來設計Janus電極，能持續24 h以264.8 mol kg_cat^-1 h^-1的速率生產H₂O₂，證實了其穩定性。此外，利用N, O-CNTs組裝的Janus電極的H電池作為工作電極，不需要額外的補充氧氣。總之，雜原子輔助催化策略為優化用于電化學催化的碳基催化劑開辟一條新途徑。

Synergistic Effects in N, O-Comodified Carbon Nanotubes Boost Highly Selective Electrochemical Oxygen Reduction to H₂O₂. Adv. Sci., 2022, DOI: 10.1002/advs.202201421.

https://doi.org/10.1002/advs.202201421.