电化学原位合成H₂O₂

针对当前气体扩散电极在O₂电化学还原合成H₂O₂过程中，难以在高电流密度下稳定运行的难题，依托疏水膜材料开发了高氧气传质气体扩散阴极，深入剖析了高电流密度下电极“水淹”机制，显著提高了电极运行稳定性。以PTFE疏水膜为气体扩散层负载碳基催化材料，通过调整PTFE和炭黑（CB）颗粒的负载量，提高了三相界面的比例和产H₂O₂性能，电流效率达到80%；通过调整PTFE/CB比例，提高了三相界面的稳定性，使其在高电流密度下依然保持良好的产H₂O₂性能。通过对电极“水淹”现象深入研究发现，高电流密度下氧气传质不足是三相界面破坏的“罪魁祸首”，并形成“氧气不足→水淹→氧气进一步不足”的恶性循环。该理论对气体扩散电极“水淹”机制进行了重要补充，并指明提高氧气传质速率是维持电极在高电流密度下稳定运行的关键。制备的气体扩散阴极在电流密度高达1400 mA/cm²（目前已知最高的电流密度）时依然保持80%的电流效率，打破了电流密度和电流效率之间“此消彼长”的限制。

图3：利用气体扩散膜电极稳定电合成H₂O₂