摘要：2025年4月4日，清华大学王玉珏在国际顶级期刊Nature Communications上发表了题为《Optimization and scaling-up of porous solid electrolyte electrochemical reacto

最近开发的用于过氧化氢（H2O2）电合成的多孔固态电解质（PSE）反应器引起了广泛关注，但是PSE反应器放大导致的性能下降限制了其实际应用。

2025年4月4日，清华大学王玉珏在国际顶级期刊Nature Communications上发表了题为《Optimization and scaling-up of porous solid electrolyte electrochemical reactors for hydrogen peroxide electrosynthesis》的研究论文，Erzhuo Zhao为论文第一作者，王玉珏为论文通讯作者。

王玉珏，清华大学教授。1998年与2001年于清华大学分别获学士学位和硕士学位；2006年博士毕业于宾夕法尼亚州立大学；2006-2008年在宾夕法尼亚州立大学从事博士后研究；2008年进入清华大学担任助理研究员；2009年升任副教授，2021年升任教授。

王玉珏教授主要从事水处理技术研究，发明了electro-peroxone(EP)、photoelectro-peroxone（PEP）等新型高级氧化水处理技术，解决了传统臭氧、电化学水处理过程中污染物矿化效率低，副产物多，污染物降解速率受传质和电流限制，电极易污染等根本问题。以一作/通讯作者在Nat. Commun.，Environ. Sci. Technol.等国际知名期刊发表学术论文40余篇。

在本文中，作者系统地研究了材料选择、组装参数、流场模式和操作条件等因素如何影响PSE反应器中的H2O2电合成。研究发现，反应器放大过程中性能下降的主要原因是PSE层中流场分布不均匀。基于这些见解，作者优化了反应器设计，并开发了一个由12个单元组成的模块化电极堆PSE反应器，其总电极面积为1200 cm-2。放大后的反应器保持了高效的H2O2电合成，能够稳定运行超过400 h，并且每天可以生产高达2.5 kg的纯H2O2（相当于约83 kg的3% H2O2溶液），能耗成本（0.2-0.8美元/kg H2O2）显著低于市场上H2O2库存的价格。本工作代表了在实际H2O2电合成中开发PSE反应器技术的一个关键进步。

图1：外加电流密度对H2O2电合成的影响
图2：PSE直径和堆积密度对H2O2电合成的影响

图3：AEMs对H2O2生成的影响
图4：水基质对H2O2电合成的影响图5：阴极进料和阳极进料对H2O2电合成的影响

图6：反应器放大对H2O2电合成的影响综上，作者系统研究了多孔固态电解质反应器在H2O2电合成中的性能优化和放大测试。通过分析材料选择、组装参数、流场模式和操作条件对H2O2电合成的影响，揭示了反应器放大过程中性能下降的原因，并提出了解决方案。该研究成功开发了一种12单元模块化电极堆PSE反应器，实现了高效、稳定的H2O2电合成。该技术具有显著的经济优势，能耗成本远低于市场上的H2O2价格，且生产的H2O2溶液不含盐，可直接用于多种应用。该研究为H2O2的现场生产提供了一种经济、环保且安全的新途径，有望在分散式水处理和消毒等领域得到广泛应用。

Optimization and scaling-up of porous solid electrolyte electrochemical reactors for hydrogen peroxide electrosynthesis. Nat. Commun., (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-58385-2.

来源：朱老师讲VASP