“分子钥匙”实现过氧化氢“即产即用”

来源：科技日报

记者5月27日从天津大学获悉，该校材料科学与工程学院教授梁骥团队通过独特的层间氢键设计，成功开发出一种高性能电催化剂，实现了绿色过氧化氢（H2O2）的高效合成，让过氧化氢合成有望实现“即产即用”。相关研究成果近期发表于国际期刊《自然·通讯》。

这项突破性研究直指传统过氧化氢生产痛点。作为重要的氧化剂和消毒剂，过氧化氢2024年全球需求量高达600万吨。然而，95%的过氧化氢依赖高能耗的蒽醌法生产，不仅存在安全隐患，还会造成环境污染。电化学合成技术可直接利用氧气和水生成过氧化氢，在常温常压下生产，有望实现过氧化氢“即产即用”的理想目标。但长期以来，催化剂在中性、碱性环境中活性低、选择性差、稳定性不足，制约了该技术的实际应用。

研究团队另辟蹊径，从电化学合成技术入手，成功设计出镍基金属有机框架材料（Ni-BTA）。这种材料如同精心设计的分子建筑，拥有独特的层状结构。其中镍活性中心与相邻层的氨基基团巧妙形成“层间氢键”，宛如一把精准的“分子钥匙”，让材料对电合成过氧化氢的催化能力完美契合理论最优值，不仅保障了反应活性，还能大幅抑制副反应的发生。

“与传统催化剂依赖金属中心电子结构不同，我们通过设计材料的分子堆积方式，利用氢键等非共价键作用力，实现了对催化反应的精准调控。”梁骥介绍。这种别出心裁的“非配位结构调控”策略，为新型电催化材料的研发打开了一扇全新的大门。

测试表明，在中性和碱性环境中，该催化剂制备过氧化氢的产率远超同类产品。在人工海水中，制得的过氧化氢质量浓度可快速积累到1%，而在碱性溶液中则可快速积累到3%，均达到了污染物降解、杀菌等需求的实用标准。例如，利用该材料在生理盐水中制备过氧化氢仅30分钟后即可对大肠杆菌等致病菌实现100%的杀灭率，并对毒性有机染料实现快速降解。

“我们的目标是要让过氧化氢‘即产即用’。”梁骥说。目前团队正在加速推进工业化进程，力争早日实现对传统高污染工艺的替代，为医疗消毒、污水处理等领域带来全新的“绿色”解决方案。（记者陈曦 通讯员桑志远 刘晓艳）