得益于绿色安全的合成途径、无有机副产品产生、操作简单，以及原位和按需生产等优点，电化学ORR反应已成为H2O2生产的一种有吸引力的策略。为了提高电化学H2O2生产的效率，人们在提高催化剂活性和优化阴极物质转移方面做出了许多重要努力。
但是，H2O2的经济性和可持续生产仍然受到电解槽中需使用昂贵离子交换(IX)膜的限制，进一步阻碍了电化学H2O2生产在低资源或偏远地区的应用。使用IX膜是必要的，因为H2O2在阳极上很容易被氧化成O2。因此，需要开发一种替代策略来避免这些消耗反应，以实现电解质中H2O2的高浓度。
为了实现高产品浓度的H2O2，北京大学杨武霖课题组我们报道了一个气泡屏蔽策略，即在阳极上使用一个低成本的聚四氟乙烯(PTFE)疏水多孔层(HPL)，绕过电解槽中IX膜的使用。具体而言，在反应过程中，气泡在PTFE表面形成，通过阻碍H2O2向阳极反应位点的转移来抑制阳极H2O2的降解。北京大学环境科学与工程学院2021级博士生易可欣为论文的第一作者。
实验结果表明，与采用无气泡屏蔽阳极相比，有HPL涂层电极的H2O2的产量提高了约600%，H2O2的分解也明显减少。此外，基于HPL电极的无膜电解槽在40 mA cm-2电流密度下连续运行5小时后，H2O2浓度达到10.05±0.05 g L-1，优于大多数文献报道的无膜电解槽。
还有就是，研究人员设计了一种装有HPL涂覆电极的家用消毒装置，由商业多晶硅太阳能电池板供电，输出电压为2.2-2.4 V。该消毒装置能够实现原位H2O2生产和原位地表水消毒，在60分钟内实现了对真实表面水中大肠杆菌的完全灭活。这种无膜电解槽仅由太阳能电池板供电，能为缺乏电力供应和卫生设施的农村地区提供稳健的地表饮用水消毒。
总的来说，构建HPL电极为在无膜电解槽中实现高浓度H2O2提供了一种实用途径，同时这也可能会启发未来利用气泡来微调活性物质运输的研究，并为改进其他气体-水-电极系统提供参考。
High H2O2 production in membrane-free electrolyzer via anodic bubble shielding towards robust rural disinfection. Nature Communications, 2025. DOI: 10.1038/s41467-025-57116-x
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