过氧化氢(H₂O₂)是一种高效和环保的氧化剂，对化工和医疗行业都有重大贡献，全球年需求量高达约400万吨。目前大规模工业化生产双氧水的主要方案是高耗能、高废物密集型的蒽醌循环法，它有几个缺点，包括能源效率低、残留有机废物处置和危险的散装双氧水运输。两电子氧还原(2e^- ORR)电催化转化为H₂O₂具有环境友好的优点和现场生成H₂O₂的能力，为绿色H₂O₂的合成提供了一种很有前途的替代方法。

然而，*OOH中间体的形成及其随后的质子化或解离分别是2e^-或4e^-途径ORR选择的主要决定因素。从反应产物的角度来看，电化学ORR生成H₂O₂的必要途径是将关键反应中间体*OOH吸附在C表面形成C-*O-OH(*代表催化活性中心)。随后C-O或*O-OH键的断裂分别导致过氧化氢或水的产生。

近日，郑州大学材料科学与工程学院张佳楠教授采用一锅聚合法制备了具有超薄纳米薄片的S-Nv-C₃N₄催化剂，成功地加强了嵌入富含N缺陷的g-C₃N₄的S位的p-π共轭。同时，由于N缺陷的短程交换作用，在平面内形成了增强的长程磁序列，有利于提高催化剂的磁矩和铁磁性。因此，硫位点的引入促进了面内电子迁移率增加，进一步诱导更强的电子离域状态，打破*-O键，涉及关键反应中间体*OOH在位点表面更快的脱附，获得最终产物H₂O₂。得到的S-Nv-C₃N₄在H型槽中表现出较高的2e^- H₂O₂选择性(>95%)和高效产率(300小时维持H₂O₂摩尔水平，最高可达4.52 mol·g^-1·h^-1）。

DFT理论计算构建并优化了一系列(不同电负性)掺杂Nv-C₃N₄的杂原子模型，通过对不同模型*OOH吸附能和PDOS离域化进行计算，S的取代会导致在活性中心附近的强电子离域，从而诱导出最佳的*OOH结合。

紫外光电子能谱(UPS)及KPFM等一系列电子结构表征对催化剂半导体特性转化为铁磁性现象进行解释。硫位点的引入不仅降低催化剂本身带隙，加快电子转移，并且与Nv-C₃N₄相比，S-Nv-C₃N₄的CPD值增加和功函数降低，这是由于杂原子掺杂导致的p-π偶联增强导致了费米能级附近的电子密度增加，从而降低了电子转移的能垒。EPR及VSM等一系列磁性表征说明S原子的插入会影响到平面内的电子分配。这种特殊的电子扰动导致了S位点上平面内电子的富集，创造了一个高度离域的活性位点，有利于2e^- ORR活性。

使用原位红外和DFT计算研究材料对2e^- ORR的选择性和电荷离域化。对于Nv-C₃N₄，OOHads吸附峰持续高于HOOHads峰强度，额外的OOHads将遵循4e^- ORR通路，呈现出较低的2e^- ORR选择性。相反，S-Nv-C₃N₄展现出较高的HOOHads积累，表明其对2e^- ORR具有较高的选择性。ELF及键能（如上所述C-*O或*O-*O键的断裂决定了ORR电子转移路径）计算表明，S掺杂剂的引入可以通过促进平面电子扰动，诱导电子局域化于S位点，并有效促使相邻碳位点的高效离域化程度，有效地促进2e‑ORR对H₂O₂的选择性，与实验观察结果一致。