过氧化氢（H₂O₂）目前是世界上十大基础的化学品之一，是一种多功能的、环境友好的高效氧化剂。但是其传统工业生产工艺是通过蒽醌过程，这一过程需要大量的能源输入和大型基础的设施，并且存在潜在的运输和储存安全问题。因此，寻找一种廉价、节能和安全的新技术途径生产H₂O₂是具有重要科学价值和社会效益。电催化氧还原合成H₂O₂，可由可再生能源驱动，提供了一种安全、可持续、分散的解决方案。目前主要的困难是要开发出性能强大且价格合理的电催化剂，具有高电导率、高比表面积和可调电子结构的碳基单原子催化剂（SACs）被认为是H₂O₂电合成有前途的催化剂，其孤立的金属中心可降低O−O键断裂，提高合成H₂O₂选择性。SACs中过渡金属的配位环境对电催化氧还原反应（ORR）途径的调节至关重要。然而，同时精确控制金属活性中心附近的第一和第二配位结构是非常困难的。

图1 M-OCB的合成过程示意图

近日，贵州大学材料与冶金学院谢海波教授课题组在化学-工程领域TOP期刊《Chemical Engineering Journal》(JCR一区TOP期刊，IF=16.744)发表重要研究成果“Superior Efficiency Hydrogen Peroxide Production in Acidic Media through Epoxy Group Adjacent to Co-O/C Active Centers on Carbon Black”, (DOI: 10.1016/j.cej.2023.142691)，团队教师贵州大学特聘教授袁继理和2021级硕士研究生银浩为论文共同一作，通讯作者为谢海波教授。在本文中，我们报告了以廉价的商业碳黑（CB）为底物，通过一种简单且可放大的方法，构建金属单原子中心周围的配位环境（图1）合成了SACs。通过调整SACs的中心金属及其局部配位环境，其中Co-SACs对2e⁻ ORR表现出出色的催化性能。

图2 催化剂的电化学性能评价

如图2a所示，在酸性介质中Co-OCB相比其他样品展示了0.65 V vs RHE的起始电位，在0.1 V vs RHE时获得了大的ORR电流密度（～2.8 mA cm⁻²），表明过渡金属的类型对ORR的活性有巨大影响。此外，OCB和商业CB的起始电位和电流密度也明显较低，但值得注意的是，OCB的起效电位和电流密度均高于CB，而CB与裸玻璃碳电极(GCE)相比，ORR活性略低(图1a)，表明CB中的缺陷和氧官能团可以提高ORR活性，与报道的研究结果一致。为了进一步验证这一结论，在CB基体中引入N原子来替代氧或修复表面缺陷，通过XPS光谱分析，N元素已成功引入这些样品中。进一步对比Co-N-CB, Co-N-OCB表现出较高的起始电位和相对较低的电流密度(图2b)，这些结果可能与氮元素的引入有关。