过氧化氢（H₂O₂）是医疗消毒、环保治污和工业生产中的重要化学品，但传统生产工艺依赖高能耗、高污染的“蒽醌法”。电化学合成H₂O₂作为一种绿色高效的替代方法受到广泛关注，尤其是通过金属催化氧气的两电子还原反应（2e^- ORR）直接生成H₂O₂。然而，传统的金属催化剂通常负载在石墨碳载体，而碳载体容易被反应中产生的活性氧物种氧化，导致催化剂性能下降，同时氧气吸附容量有限，限制了反应效率。

分子筛的全氧化结构使其在极端电位和温度条件具备高耐腐蚀性；规则纳米通道可实现小分子的高效存储与传输，为催化反应提供充足空间；分子筛的微孔通道和末端羟基可加速其内表面的内壳层电子转移动力学。在前期工作基础上，苏州大学王炯教授课题组开发了一种基于S-1分子筛负载单原子钴（Co）催化剂（Co@S-1），通过分子筛限域作用优化Co的配位环境，使反应效率大幅提升，成功实现了高效电化学合成H₂O₂。

实验结果表明，Co@S-1催化剂在中性电解液（0.2 M PBS）中的H₂O₂选择性达99%，并在流动电解池装置中实现了工业级电流密度及11.56 mol g_cat^-1 h^-1稳定H₂O₂产率。此外，Co@S-1还表现出优异的稳定性，在长时间运行后仍能保持高效的催化性能。

对照实验表明，破坏S-1分子筛结构改变Co位点的状态（形成钴氧化物），催化性能急剧下降。理论计算与光谱分析揭示，S-1分子筛的骨架限域作用使Co位点形成稳定的三配位结构（Co(OSi)₃），这种独特的配位结构使得Co位点能够高效吸附氧气，并与*OOH反应中间体保持适度的结合强度，从而显著降低H₂O₂生成能垒。

关键点

1. 分子筛骨架将Co原子“隔离”成独立活性单元暴露在微孔通道中，避免了传统催化剂中金属团聚导致的失活问题。

2. Co的三配位结构提高了氧气吸附能力，同时优化*OOH反应中间体的结合强度，大幅降低反应能垒。

该研究不仅为电化学合成H₂O₂提供了一种高效稳定的催化剂，还为未来电化学催化剂的设计提供了新的思路。通过利用分子筛的多样性和可调性，可以进一步优化催化剂的性能，促进绿色化学和可持续发展的实现。

Electrochemical Synthesis of Hydrogen Peroxide Enabled by Tri-Coordinated Cobalt Sites in Silicate-1 Zeolite

Guanghua Yu, Yingying Jin, Ye Zhou, Jing Xia, Xiangmin Meng, Guoliang Dai,  Jiong Wang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202506390