通过调整共轭微孔聚合物中的异原子以增强氧气电化学还原为过氧化氢

掺异原子的无金属碳材料被认为是通过两电子氧还原反应（2e–-ORR）高效生产电化学H2O2的催化剂。然而，通过传统的热解方法构建精确的掺异原子碳材料以驱动2e–-ORR过程是困难的。这里报道了一种双原子异环化策略，基于聚苯并咪唑、聚苯并噁唑和聚苯并噻唑（PBXs，X = I, O 和 T）构建高效的2e–-ORR催化剂，这些聚合物分别由N-NH-、N-O-或N-S-异环组成。掺N、S的聚苯并噻唑（PBT）显示出比相应未掺杂的亚胺基聚合物（21.7%）更高的H2O2选择性（95.6%），并保持卓越的电化学耐久性，都是PBXs作为2e–-ORR催化剂中最高的值。固定电流密度100 mA cm–2下，获得了3.13 mol gcatalyst–1 h–1的最大H2O2生产速率。此外，在三相流动池中，PBT催化剂在超过50小时的测试中，显著的法拉第效率（F.E.）达到96%，以及良好的催化剂稳定性。密度泛函理论（DFT）计算表明，PBXs中相应碳活性位点的原子自旋密度分布有助于在2e–-ORR过程中实现高电化学性能。因此，这些结果表明，原子级的硫原子掺杂将通过影响相邻的碳原子显著增强H2O2的生产。