利用空氣和水作為原料，并且在環境條件下進行的電化學過氧化氫(H₂O₂)生產近年來引起了人們的廣泛關注。然而，提高反應的效率通常需要復雜和/或昂貴的催化劑，或使用犧牲劑，這不利于該技術的大規模應用。最近，由于對水-固體界面接觸?電催化及其在物理化學過程中的作用的研究的加強，使人們認識到水-固體接觸?電催化過程中的電子轉移可以驅動化學反應。這種機制被稱為接觸電催化(CEC)，其允許化學惰性氟化聚合物具有類似單電極性質。因此，將CEC機制應用到電化學H₂O₂生產中具有實際意義。

近日，中國科學院北京納米能源與系統研究所王中林和朱來攀等使用超聲驅動接觸電催化(CEC)來在水-聚合物(氟化乙烯丙烯共聚物(FEP))界面生產過氧化氫(H₂O₂)。

具體而言，當催化劑與溶液的質量比為1：10000時，在20°C下，H₂O₂的產率達到58.87 mmol L^-1 g_cat^-1 h^-1；電子順磁共振(EPR)和同位素標記實驗表明，在超聲過程中，帶電的FEP在溶液中發射電子，將水還原為自由基物種，隨后產生的羥基自由基(HO?)或兩個超氧自由基(O₂?^?)形成H₂O₂。

此外，從頭算分子動力學計算表明，自由基可以通過水的氫鍵網絡交換質子和電子(Grotthuss機制)，這種機制應該也適用于其他系統，無論是人工的或自然的，以解釋在WOR和ORR過程中形成的自由基如何在大部分水中產生H₂O₂。

總的來說，這項工作介紹了一種將空氣和純水轉化為H₂O₂的一種新途徑，且不需要使用復雜的催化劑設計或犧牲劑，這有助于加深人們對液-固接觸-電化學和CEC的物理化學過程的知識。

Mechanism for Generating H₂O₂ at Water-Solid Interface by Contact-Electrification. Advanced Materials, 2023. DOI: 10.1002/adma.202304387