過氧化氫（H₂O₂）被廣泛應用于醫療、環境、化工合成、造紙和紡織等領域。目前95%以上的H₂O₂來源于蒽醌法，通過在有機溶劑中蒽醌分子的加氫-氧化反應合成H₂O₂，工藝流程繁瑣，依賴大型設備，產生大量的有機廢物并伴隨復雜的后處理過程，因此只適合集中生產。兩電子氧還原反應（2e-ORR）能夠實現在清潔、溫和條件下H₂O₂的現場制備，且若與固體電解質電池技術聯合，可以直接得到沒有任何雜質的H₂O₂水溶液。要實現H₂O₂的高效電化學合成，核心在于催化劑的設計，而催化劑設計的關鍵是在保證活性的同時選擇性地促進2e-ORR，抑制競爭性的4e-ORR。本綜述從ORR的反應機理出發，從理論角度解釋了影響反應途徑和活性的關鍵因素，系統地總結了酸性介質中貴金屬基和非貴金屬2e-ORR催化劑的最新研究進展。

電子效應：若催化材料對*OOH物種的吸附較強，O–O鍵易于斷裂，因此更傾向于四電子途徑生成H₂O；反之，若吸附較弱，不易使O–O鍵斷裂，利于H₂O₂的合成；但不能吸附過弱，否則O₂的活化就很困難，造成催化活性很低。因此理想的2e-ORR催化劑需對中間物種具有恰到好處的結合能。幾何效應：O₂分子在催化表面的吸附模式包括平行吸附和垂直吸附，后者O–O鍵斷裂的反應勢壘更高，更利于H₂O₂的產生。

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研究表明，純貴金屬都不適合用作2e-ORR催化劑。但是對于Pt和Pd這種典型的4e-ORR催化劑，可以通過調控電子效應（削弱貴金屬中心與ORR中間物種的結合強度）和幾何效應（離散金屬中心，避免O₂平行吸附），使氧還原反應從四電子途徑轉向兩電子途徑。具體方法歸納為三類：合金化、部分掩蓋活性金屬、單原子分散。

M-N_x/C催化劑在H₂O₂合成方面具有獨特的結構優勢，單原子活性位點使O₂分子垂直吸附，同時還可以通過修飾碳基底調控金屬中心的電子結構。首先決定M-N_x/C催化劑選擇性的是金屬的種類，Co-N_x/C對反應中間物種具有最佳結合能，是非貴金屬2e-ORR催化劑的研究主體。通過在Co-N_x附近引入含氧基團或促進已生成H₂O₂的擴散可進一步提高H₂O₂合成效率。

賈建峰，山西師范大學教授，山西省化學會常務理事。山西省高等學校青年學術帶頭人（2010）、教育部新世紀優秀人才（2012）、山西省學術技術帶頭人（2017）、山西省三晉英才拔尖人才（2018）。主要研究方向包括貴金屬光催化反應、氧化物復合材料的電催化氧化和還原反應、表面催化反應機理的理論計算等。主持和完成了1項國家青年科學基金、1項國家自然科學基金，3項教育部基金、2項山西省自然科學基金。在包括J. Am. Chem. Soc.、Org. Lett.、Appl. Catal. B: Environ.等雜志上發表論文120多篇。

葛君杰，中國科學技術大學教授，博士生導師，英國皇家化學會會士，中國科學院高層次人才計劃研究員。研究興趣為氫能源與燃料電池，主持國家重點研發計劃青年項目、國家自然科學基金聯合基金重點項目等。近年成果發表在PNAS，J. Am. Chem. Soc.， Joule，Nature Commun.，Angew. Chem. Int. Ed.，Energy. Environ. Sci.等。近年來聚焦氫能與燃料電池低非貴金屬催化劑、關鍵部件、膜電極、電堆研究，在大幅度降低貴金屬用量的前提下，提升了燃料電池與電解水性能，其中燃料電池在低貴金屬載量下，氫空性能達1.5W/cm2；電解水低貴金屬條件下性能達3A/cm2 @1.84V，均處于國際一流水平。

Luo E, Yang T, Liang J, et al. Selective oxygen electroreduction to hydrogen peroxide in acidic media: The superiority of single-atom catalysts. Nano Research, 2024.