电化学双电子氧还原反应（2e^– ORR）生成过氧化氢（H₂O₂）是一种很有前途的替代高能蒽醌工艺的方法，然而，在设计符合应用标准的2e^– ORR催化剂方面仍然存在挑战。

基于此，苏州大学康振辉教授，邵名望教授，邵琪副研究员，杨昊，廖凡（共同通讯作者）等人报道了一种采用微波辅助机械化学-热方法合成了边缘结构裸露的六方相SnO₂ (h-SnO₂)纳米带。在0.1M Na₂SO₄电解液中，h-SnO₂催化剂对H₂O₂的选择性高达99.99%。此外，当用作流动池装置的催化剂时，其产率高达3885.26 mmol g^-1 h^-1。

本文使用密度泛函理论（DFT）进一步模拟了2e^– ORR的反应路径，探讨了活性和选择性的来源。2e^– ORR的两个反应步骤是O₂*→OH*→HOOH*。

首先，O₂(g)被吸附在催化剂表面形成O₂*，随后通过氧质子耦合电子转移（PCET）还原为OOH*，然后OOH*被进一步还原以产生H₂O₂。

本文计算了在标准条件下（U=0 V）生成H₂O₂的反应能，h-SnO₂ (1-210)、Rutile-SnO₂ (110)和纯Sn (100)的∆G_OOH*分别为-1.8、-2.1和-3.1 eV。

此外，生成HOOH*的自由能差存在显著差异，从h-SnO₂ (1-210)上的-0.2 eV增加到Sn (100)上的+0.1 eV和Rutile-SnO₂ (110)上的+0.4 eV。上述结果表明，h-SnO₂ (1-210)催化剂对2e^– ORR具有更高的活性和选择性。

Metastable Hexagonal Phase SnO₂ Nanoribbons with Active Edge Sites for Efficient Hydrogen Peroxide Electrosynthesis in Neutral Media. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202218924.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202218924.