电化学降解污染物（4）阴极还原

一、电解产生过氧化氢

    产生过氧化氢(H₂O₂)。在前面已经提到O₂在阴极得电子,发生还原反应生成H₂O₂。其形成过程可能是吸附在阴极催化剂表面的O₂通过捕获电子,形成过氧基离子O₂^-,然后通过一系列反应形成H₂O₂,如式(2-24)~(2-28)。

氧气在催化剂表面吸附形成吸附态氧（O₂*）。

吸附态氧通过两电子途径生成过氧化氢（H₂O₂），涉及两个电子-质子耦合转移和一个反应中间体（OOH*）：

酸性条件：O₂ + * + (H+ + e^-) → OOH* (1)
          OOH* + (H+ + e^-) → H₂O₂ + * (2)

碱性条件：O₂ + * + H₂O + e^- → OOH* + OH^- (3)
                OOH* + e^- → HO2^- + * (4)

二、产生H2O2的催化剂有哪些种类

电化学产生H₂O₂的催化剂种类繁多，根据搜索结果，可以归纳为以下几种主要类型：

1. 贵金属催化剂：包括Pt、Pd、Au等及其合金。这些催化剂通常具有较高的活性，但成本较高。例如，Pt-Hg、Pd-Hg、Pt-Ni等合金催化剂对O₂电还原有较小的过电位和高的H₂O₂合成选择性（最高达98%）。

2. 过渡金属基催化剂：包括过渡金属硫化物、磷化物、氮化物、碳化物等非贵金属电催化剂。这些材料因其成本低廉、丰富的活性位点及独特的物理化学性质而备受关注。例如，MoS₂作为一种典型的过渡金属硫化物，因其独特的物理化学性质和丰富的边缘活性位点而备受关注。

3. 碳基催化剂：这类催化剂具有来源丰富、可调控性好、环境友好、电化学性能稳定等特点，是当前规模化合成H₂O₂的最有前景的材料家族。碳基材料如石墨烯、碳纳米管、碳量子点等，通过杂原子掺杂、缺陷工程等策略可以提高其催化性能。

4. 单原子催化剂(SACs)：这类催化剂具有金属原子利用率高、稳定性高、选择性好的优点。例如，嵌入在一个特殊的空心CuSx载体中的单原子Pt位点催化剂(h-Pt1-CuSx)，在高氯酸电解质中、0.05~0.7 V的较宽电位范围内选择性高达92~96%。

5. 金属氧化物催化剂：这类催化剂在电化学合成H₂O₂中也显示出一定的活性和选择性，尤其是在光电化学合成H₂O₂中。例如，金属氧化物如Bi₂O₃、Co₃O₄等可以作为电催化剂或光阳极材料。

6. 其他类型的催化剂：包括硼基、磷基催化剂等，这些催化剂在特定的条件下也能展现出良好的催化性能。

在选择催化剂时，需要综合考虑其活性、选择性、稳定性以及成本等因素，以实现高效、低成本的电化学合成H₂O₂。

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