电催化两电子氧还原（2e- ORR）是原位生产H₂O₂的绿色技术，有望替代传统的蒽醌工艺。相较于碱体系，酸体系电合成的H₂O₂具有更高的本征稳定性与广泛的应用场景。然而，目前酸介质电合成H₂O₂同时取得高活性与高选择性存在挑战。

其原因在于含氧中间体（例如*OOH等）同时决定ORR的活性与选择性，导致了2e-ORR跷跷板效应。目前，大多数策略提高H₂O₂选择性是通过削弱*OOH吸附强度，从而导致2e- ORR活性下降，限制了H₂O₂的生产。

近日，中南大学的刘敏教授团队提出调控*OOH与质子的作用模式，在不牺牲ORR活性前提下实现高ORR活性与H₂O₂选择性，打破了2e- ORR的活性-选择性跷跷板限制。以典型的Co-N-C单原子催化剂为研究对象，通过在第二配位层引入B原子，修饰催化原子界面，增加了催化剂表面的质子亲合度，促进*OOH中前端*O与质子作用，导向2e- ORR路径。

理论计算筛选了不同位置的杂原子掺杂模型，B掺杂于第二配位层B₃位（CoN₄-B₃C）具有2e- ORR路径的最低活化能。进一步，分子动力学模拟表明，界面质子在CoN₄-B3C具有更高的质子亲合度，利于质子进攻*OOH中前端*O，形成H₂O₂。同时，原位红外揭示了质子介导反应中间体形成及界面不同氢键水网络，侧面验证催化剂表面质子亲和能力区别。质子亲合度与H₂O₂选择性的对应关系分析进一步表明，提升质子亲和度对2e- ORR具有促进作用。

最终，在旋转圆盘电极测试验证了所制备的Co₁-NBC（CoN₄-B₃C）展现高ORR活性与H₂O2选择性。在组装的flow cell器件中，Co₁-NBC在大电流下展现高H₂O₂法拉第效率与高稳定性，展现一定应用前景。本研究为打破电催化活性-选择性跷跷板效应提供了新的见解。

文章的第一作者是中南大学副教授陈善勇，中南大学刘又年教授对本论文提供了重要指导意见。