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記者5月27日從天津大學(xué)獲悉，該校材料科學(xué)與工程學(xué)院教授梁驥團隊通過獨特的層間氫鍵設(shè)計，成功開發(fā)出一種高性能電催化劑，實現(xiàn)了綠色過氧化氫（H2O2）的高效合成，讓過氧化氫合成有望實現(xiàn)“即產(chǎn)即用”。相關(guān)研究成果近期發(fā)表于國際期刊《自然·通訊》。

這項突破性研究直指傳統(tǒng)過氧化氫生產(chǎn)痛點。作為重要的氧化劑和消毒劑，過氧化氫2024年全球需求量高達600萬噸。然而，95%的過氧化氫依賴高能耗的蒽醌法生產(chǎn)，不僅存在安全隱患，還會造成環(huán)境污染。電化學(xué)合成技術(shù)可直接利用氧氣和水生成過氧化氫，在常溫常壓下生產(chǎn)，有望實現(xiàn)過氧化氫“即產(chǎn)即用”的理想目標(biāo)。但長期以來，催化劑在中性、堿性環(huán)境中活性低、選擇性差、穩(wěn)定性不足，制約了該技術(shù)的實際應(yīng)用。

研究團隊另辟蹊徑，從電化學(xué)合成技術(shù)入手，成功設(shè)計出鎳基金屬有機框架材料（Ni-BTA）。這種材料如同精心設(shè)計的分子建筑，擁有獨特的層狀結(jié)構(gòu)。其中鎳活性中心與相鄰層的氨基基團巧妙形成“層間氫鍵”，宛如一把精準(zhǔn)的“分子鑰匙”，讓材料對電合成過氧化氫的催化能力完美契合理論最優(yōu)值，不僅保障了反應(yīng)活性，還能大幅抑制副反應(yīng)的發(fā)生。

“與傳統(tǒng)催化劑依賴金屬中心電子結(jié)構(gòu)不同，我們通過設(shè)計材料的分子堆積方式，利用氫鍵等非共價鍵作用力，實現(xiàn)了對催化反應(yīng)的精準(zhǔn)調(diào)控?！绷后K介紹。這種別出心裁的“非配位結(jié)構(gòu)調(diào)控”策略，為新型電催化材料的研發(fā)打開了一扇全新的大門。

測試表明，在中性和堿性環(huán)境中，該催化劑制備過氧化氫的產(chǎn)率遠超同類產(chǎn)品。在人工海水中，制得的過氧化氫質(zhì)量濃度可快速積累到1%，而在堿性溶液中則可快速積累到3%，均達到了污染物降解、殺菌等需求的實用標(biāo)準(zhǔn)。例如，利用該材料在生理鹽水中制備過氧化氫僅30分鐘后即可對大腸桿菌等致病菌實現(xiàn)100%的殺滅率，并對毒性有機染料實現(xiàn)快速降解。

“我們的目標(biāo)是要讓過氧化氫‘即產(chǎn)即用’。”梁驥說。目前團隊正在加速推進工業(yè)化進程，力爭早日實現(xiàn)對傳統(tǒng)高污染工藝的替代，為醫(yī)療消毒、污水處理等領(lǐng)域帶來全新的“綠色”解決方案。（記者陳曦 通訊員桑志遠 劉曉艷）