过氧化氢（H₂O₂）是全球100种最重要的化学品之一，在环境、能源以及医疗健康等领域中得到广泛应用。传统的工业生产H₂O₂主要是通过能源密集型的蒽醌循环工艺，该过程能耗高并且会产生大量有机废物污染环境。而电催化两电子氧还原反应（2e^- ORR）合成H₂O₂可在常温常压下进行，且以水和氧气作为原料，被认为是一种绿色、高效的H₂O₂合成技术。设计与开发高活性、高选择性的电催化剂来活化氧分子，并抑制4e^- ORR的竞争反应，对于电催化合成H₂O₂过程至关重要，但仍然面临着挑战。

此外，目前对电催化合成的H₂O₂的原位利用仍然缺乏，需要加以重视。在电芬顿反应中，阴极产生的H₂O₂在酸性条件下可以与Fe²⁺反应生成具有更高氧化能力的羟基自由基（·OH），而目前该反应主要应用于环境治理方面。事实上，具有高氧化能力的·OH也可用于生物质原料的氧化升级，以替代传统的阳极氧化反应。因此，采用电芬顿工艺原位利用电催化合成的H₂O₂，对实现有机反应物的电化学氧化生成相应的高附加值产品具有重要意义。

近日，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所张海民研究员团队发展了一种具有氧配位结构的铁单原子/团簇催化剂（FeSAs/ACs-BCC）用于高效电催化H₂O₂合成，并与电芬顿反应偶联实现乙二醇的氧化升级。

得益于Fe单原子和Fe团簇的共存，该催化剂在碱性条件下表现出优异的电催化2e^- ORR性能，起始电位为0.78 V (vs. RHE)，H₂O₂选择性高达96.5%。进一步的电解实验表明H₂O₂能够在电解液中积累，并与电芬顿工艺偶联实现高效乙二醇氧化升级为甲酸。在三相流动池中，FeSAs/ACs-BCC电极上150 mA cm^-2时H₂O₂产率达到12.51 ± 0.18 mol g_cat^-1 h^-1，对应的法拉第效率为89.4% ± 1.3%，表明该催化剂在工业合成H₂O₂上具有应用潜力。

理论计算结果表明，2e^- ORR过程中实际的催化活性位点为Fe团簇，而Fe单原子可以调控Fe团簇位点的电子结构，优化*OOH中间体的结合能，从而提高电催化2e^- ORR的性能。

该项工作表明了单原子与团簇之间的相互作用在电催化合成H₂O₂中的独特影响，并展示了采用电芬顿工艺原位利用所合成的H₂O₂用于有机反应物氧化升级的可行性，有望为设计和开发高效原子级2e^- ORR电催化剂和生物质氧化升级提供新思路。