然而,*OOH中间体的形成及其随后的质子化或解离分别是2e–或4e–途径ORR选择的主要决定因素。从反应产物的角度来看,电化学ORR生成H2O2的必要途径是将关键反应中间体*OOH吸附在C表面形成C-*O-OH(*代表催化活性中心)。随后C-O或*O-OH键的断裂分别导致过氧化氢或水的产生。
近日,郑州大学材料科学与工程学院张佳楠教授采用一锅聚合法制备了具有超薄纳米薄片的S-Nv-C3N4催化剂,成功地加强了嵌入富含N缺陷的g-C3N4的S位的p-π共轭。同时,由于N缺陷的短程交换作用,在平面内形成了增强的长程磁序列,有利于提高催化剂的磁矩和铁磁性。因此,硫位点的引入促进了面内电子迁移率增加,进一步诱导更强的电子离域状态,打破*-O键,涉及关键反应中间体*OOH在位点表面更快的脱附,获得最终产物H2O2。得到的S-Nv-C3N4在H型槽中表现出较高的2e– H2O2选择性(>95%)和高效产率(300小时维持H2O2摩尔水平,最高可达4.52 mol·g-1·h-1)。
DFT理论计算构建并优化了一系列(不同电负性)掺杂Nv-C3N4的杂原子模型,通过对不同模型*OOH吸附能和PDOS离域化进行计算,S的取代会导致在活性中心附近的强电子离域,从而诱导出最佳的*OOH结合。



Siran Xu, Yue Yu, Xiaoyu Zhang, Dongping, Xue, Yifan Wei, Huicong Xia, Fuxiang Zhang, Jia-Nan Zhang*
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202407578