隨著全球工業(yè)化、城市化進程的加速以及人口的不斷增長，水污染問題日益嚴峻。因此開發(fā)清潔、高效、可持續(xù)的水處理技術迫在眉睫。H2O2和O3作為綠色無污染的強氧化劑，具有較高的應用價值。電化學氧化反應（ORR）催化O2轉(zhuǎn)化為H2O2和利用電化學方法生產(chǎn)O3（EOP）作為可持續(xù)的、生態(tài)友好型的現(xiàn)產(chǎn)即用方法，已受到廣泛關注。然而，H2O2和O3的電化學生產(chǎn)涉及競爭反應，分別生成H2O和O2。因此，開發(fā)對含氧中間產(chǎn)物具有最佳吸附能的電催化劑至關重要。目前，貴金屬及其合金在促進2e- ORR反應方面已顯示出顯著的功效，但這些催化劑成本高昂。含鉛催化劑是有效的EOP陽極材料，但含鉛催化劑對人體健康構成威脅且不符合RoHS要求，因此限制了它們的廣泛應用。

       基于以上問題，化學工程學院鐘興教授、王建國教授團隊和華東理工大學戴升教授合作，在“多尺度模擬-電催化劑-膜電極-電反應器”方面做了系統(tǒng)工作。團隊采用多尺度模擬與實驗相結合的方法，成功合成了二維金剛石（2D Diamonds）上摻雜的B、N的用于2e- ORR和EOP的BND和Pt1/BND電催化劑，且表征結果證明Pt主要以單原子形式分布在Pt1/BND的邊緣（圖1）。有機物降解和細菌消殺實驗表明，O3和H2O2之間的協(xié)同作用加速了有機物和細菌的去除。DFT計算結果表明BND優(yōu)化了對OOH*和H2O2*中間體的吸附及電子轉(zhuǎn)移，展現(xiàn)出高H2O2選擇性。Pt1/BND中Pt的引入改變了體系的電子結構，減弱了對O3*的吸附，有利于EOP性能提升。

圖1 BND和Pt1/BND合成過程示意圖及

相應的形貌表征圖

      該成果近期以“Efficient Electrochemical Ozone and Hydrogen Peroxide Production by Synergistic Effect of Atomically Dispersed Pt, Boron and Nitrogen Doped 2D Diamonds”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》期刊上，文章的第一作者是浙江工業(yè)大學盧夢夢、劉旭和華東理工大學荊長飛，通訊作者是浙江工業(yè)大學鐘興教授、王建國教授和華東理工大學戴升教授。該工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、浙江省自然科學基金等項目的支持。