歐世盛多通道電化學高通量篩選平臺：為過氧化氫電催化劑篩選評價按下快進鍵

歐世盛公司設計開發的多通道電化學高通量篩選平臺 ，集在線程序制備系統和類環盤電極檢測體系為一體。

PART.1

研究背景

過氧化氫（H2O2）俗稱雙氧水，是重要的 100 種化學品之一，其具有綠色、環保、高效等諸多優勢，被廣泛應用于廢水處理、消毒滅菌等日常生活以及己內酰胺、環氧丙烷等大型石化過程之中。目前過氧化氫主要由蒽醌氧化法制備，該方法生產效率高、規模大，但碳排放量大，安全風險高。亟待開發出一種高效、簡易、綠色、可持續的過氧化氫制備技術。

隨著能源革命的到來，綠電驅動化學轉化已成為化學工業的重要發展方向。電催化合成過氧化氫的反應機理有兩種：第一種是水氧化反應，水分子在催化劑表面發生一系列氧化反應得到過氧化氫，但該方法所需電壓高、易發生副反應生成氧氣或氫氧根自由基，難以大規模應用；第二種是氧還原反應，氧氣分子在催化劑表面發生一系列還原反應生成過氧化氫，該方法條件溫和，被認為是一種最有希望替代傳統蒽醌工藝的過氧化氫合成方法，但反應速率較慢，也容易發生副反應生成水，所以對于電催化合成過氧化氫來說篩選高活性、高選擇性的電催化劑至關重要。

PART.2

應用案例

化學家們想要篩選出性能優異的催化劑，一個合適的催化劑性能檢測方法是不可少的，目前常規的催化劑性能檢測方法是旋轉環盤電極法，該方法可以準確地評估催化劑的氧還原活性和過氧化氫的選擇性，但旋轉環盤電極結構復雜、導致其難以與高通量自動化設備聯動。歐世盛創新性地設計并開發了一種新型催化劑性能檢測裝置，該裝置能夠與高通量自動化設備聯動，從全新的角度加速了電催化合成過氧化氫催化劑的開發進程。

1、催化劑性能檢測電極模型

通過檢測電極上電流密度js的變化率、合成電極上的電流密度jd、反應池內電解質溶液體積V可以計算催化劑表觀速率常數Kr，從而就能比較不同催化劑的催化性能。

2、催化劑制備過程

使用0.5M Na2SO4作為電解液，取4mg Ni 催化劑分散于780μL 異丙醇、200μL水和 20μL Nafion 溶液中，冰水浴超聲作用0.5h，得到均勻的催化劑漿料。取20μL催化劑漿料滴涂在玻碳盤電極上，自然干燥，得到催化劑負載層。單批次最高可程序化制備48種不同催化劑，制備完成后可連續檢測48組電化學數據。

3、催化劑性能檢測方法

4、模型驗證

實驗過程中挑選了一種性能優異的催化劑，在不同電解質溶液體積下進行實驗，CV活化后掃描LSV曲線，選取起始電位后催化劑性能比較優異的反應電壓，在該電壓下進行恒電壓反應，檢測電極電流基本呈正比例增加，合成電極上的電流密度基本保持不變，然后通過推導公式，可以計算得到同一催化劑的表觀速率常數分別為2.01×10-4 L/s、1.96×10-4L/s和1.87×10-4L/s，數據一致性好，模型可靠性高。

5、裝置應用

在驗證模型可靠性后，進行了裝置的應用，分別挑選了不同煅燒溫度下得到的兩種催化劑，分別命名為Ni-O-C-1和Ni-O-C-2以及未負載氧化鎳的空白催化劑O-C-3，先進行了旋轉環盤電極的測試，在實驗電壓下過氧化氫的選擇性分別為70.83%、66.17%和1.85%，之后利用歐世盛新型催化劑性能測試電極裝置進行實驗，實驗步驟與驗證模型時操作一致，最終得到催化劑表觀速率常數分別為1.96×10-4L/s、1.62×10-4L/s和0.12×10-4L/s，催化劑Ni-O-C-1性能優于催化劑Ni-O-C-2，催化劑O-C-3幾乎沒有催化性能，與旋轉環盤電極測試結果相同，證明了該裝置評判催化劑性能的準確性和良好的實用性。

PART.3

結語

旋轉環盤電極（RRDE）與高通量制備技術的結合，為解決電催化劑研發中的“合成-表征-優化"閉環效率瓶頸提供了創新路徑。這種融合不僅提升了研發速度，更通過原位反饋機制增強了材料設計的精準性。

自動化高通量合成設備聯動催化劑性能檢測裝置，批量獲取催化劑性能的數據，為 Al+Science 的范式研究建立了硬件基礎。