该研究针对电催化合成H₂O₂过程中O₂的传质限制、催化剂的选择性和O₂还原中的电子转移问题，提出了系统的工程解决方案：利用聚四氟乙烯（PTFE）的疏水性强化O₂的传质，利用二氧化锆（ZrO₂）的亲水性增强O₂还原的电子传递，利用介孔碳（CMK-3）的大比表面积和空隙为基底提供丰富的催化位点，成功制备了高效生成H₂O₂的ZrO₂/CMK-3/PTFE阴极（图1a），并通过强化O₂从疏水层到亲水层的扩散，提高O₂利用效率，大幅提升了H₂O₂的产率。研究结果表明，在相同条件下，ZrO₂/CMK-3/PTFE阴极的H₂O₂产率比传统气体扩散阴极提高了7.56倍。在气体扩散模式，pH=1和-1.3 V vs. SHE偏压的条件下，H₂O₂生成率高达125.98 mg cm^-2 h^-1（图2a），归一化的催化剂产量为5674.04 mmol g_catalyst^-1 h^-1。此外，即使在中性条件下，也能保持较高的H₂O₂选择性（FE: 90%，图2b）。

Fig. 1. ZrO₂/CMK-3/PTFE阴极的制备及产H₂O₂装置

Fig. 2. ZrO₂/CMK-3/PTFE阴极产H₂O₂的性能.

所制备的ZrO₂/CMK-3/PTFE具有优异的电合成H₂O₂稳定性（图2c-d）。

Fig. 3. ZrO₂/CMK-3/PTFE阴极的电芬顿降解有机物性能

所制备的ZrO₂/CMK-3/PTFE电极应用于电-芬顿（EF）难降解有机物中（图1b-c），表现出优异的电芬顿性能。高产量H₂O₂的生成确保EF体系充足•OH的产生，在最佳条件下，该体系可实现罗丹明B（RhB）, 甲基橙（MO）, 亚甲基蓝（MB）和苯酚分别99.8%，99.6%，98.5%和96.4%的降解效率（图3）。该研究为高效电合成H₂O₂和EF处理难降解废水提供了新的工程解决方案。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095809923000899#f0005