过氧化氢(H₂O₂)作为一种重要的绿色氧化剂和潜在的能源载体，在环境修复、化工合成及能源转换等领域应用广泛。开发高效且低成本的两电子氧还原反应(2e⁻ ORR)电催化剂是当前该领域亟待解决的核心科学问题之一。李健生团队针对这一难题，通过两步程序升温策略制备了硫掺杂还原氧化石墨烯催化剂(S_xRGO)，成功构筑并识别了两种关键的硫活性位点，即C−S基团和C−SOₓ基团。优化后的S₁₀RGO催化剂在0.10−0.65 V宽电压范围内对H₂O₂选择性超过90%，尤其在0.52 V时其选择性高达98.9%。此外，在流动池装置中使用S₁₀RGO催化剂时，其生成H₂O₂的电流密度可达500 mA·cm⁻²，并能在300 mA·cm⁻²的电流密度下稳定运行40 h，产率为9.33 ± 0.19 mmol·g_cat⁻¹·h⁻¹，平均法拉第效率(FE)达到90.5%。这一优化策略通过调节电催化剂对中间物种的吸附能力，显著提升了2e^–ORR的选择性和催化活性。

团队通过系统的实验表征与密度泛函理论(DFT)计算分析，深入探讨并揭示了两种硫活性位点在2e⁻ ORR中的独特作用机制。具体而言，C−S基团通过增强硫原子的电荷态来促进O₂的吸附，从而有效推动了限速步骤O₂→OOH*的进行；而C−SO_x基团则通过电子效应及界面相互作用共同调节ORR路径，促进OOH*的解吸并优化质子转移动力学过程，为H₂O₂的高效生成与稳定累积创造了有利条件。两种活性位点之间的协同效应是S₁₀RGO催化剂实现高选择性和催化活性的关键因素。该研究不仅为设计与开发高性能、低成本的无金属H₂O₂电合成催化剂提供了全新的思路和坚实的理论基础，而且所开发的S₁₀RGO催化剂凭借其高电流密度、高选择性以及长周期稳定性，在工业级电化学法生产过氧化氢领域展现出应用潜力。

图1.Graphical Abstract图文摘要

图2.H型电解池及流动池中的性能测试

图3.原位红外、DFT计算及机理分析

近来，李健生团队致力于发展多酸基共价有机框架光催化剂、半导体异质结电催化剂等用于氧还原产双氧水、水分解析氢/析氧研究，并揭示催化剂结构及中间体演化机制的关键调控作用，取得系列进展（J.AlloyCompd.,2025,1035,181474;Chem. Eur. J.2025,31, e202402951;Chem. Commun., 2024,60, 3335;Dalton Trans., 2023, 52, 15725）。

本论文共同第一作者为辽宁师范大学化学化工学院博士研究生李思凡和大连民族大学杜仕文博士，论文共同通讯作者为我院“多酸与催化团队”李健生副教授、桑晓静博士和中科院大连化学物理研究所章福祥研究员，发表于中国科学院化学大类一区TOP期刊Chemical Science（自然指数期刊），影响因子为7.6。该期刊专注发表具有创新性和重要价值的跨学科前沿研究成果。作为化学科学领域的权威期刊之一，Chemical Science具有重要的国际影响力。

论文信息：Metal-free sulfur-doped reduced graphene oxide electrocatalysts for promising production of hydrogen peroxide: construction and identification of active sites

Sifan Li, Shiwen Du, Jiansheng Li*, Wenjun Fan, Yang Yang, Peng Zhao, Haotian Zhu, Wansheng You, Xiaojing Sang*, Fuxiang Zhang*

DOI: 10.1039/d5sc03069b

文章链接：https://doi.org/10.1039/D5SC03069B