直接法合成双氧水涉及的反应
过氧化氢(H2O2)是一种重要的化工产品，广泛用于能源、环境和制造领域。目前，工业上95%以上的H2O2由蒽醌法生产。但是，该过程工艺复杂、能耗高，所用介质蒽醌会在反应中缓慢降解产生污染。蒽醌法生产的初级H2O2溶液必须经过分离提纯，再通过加入一定量的稳定剂后，得到25%～75%的H2O2产品；高浓度的H2O2在运输过程中因不稳定而易分解，存在爆炸危险，不利于直接使用。
H2和O2直接合成H2O2过程绿色环保、反应具有原子经济性，并且具备工艺简单等优点，其产物浓度为 1%～10%，便于直接使用。此外，在线生产H2O2还可以直接和丙烷环氧化等化工过程耦合，被誉为最具潜力的工艺路线之一。
尽管H2O2直接合成法具有很多优点，但是该反应过程中存在 3 种主要副反应：H2和O2生成H2O（反应 2）、H2O2直接分解为H2O和O2（反应 3）以及H2O2催化加氢生成H2（反应 4），这些副反应会显著降低H2及O2的利用率。因此，减少H2O2的直接降解和加氢分解对于H2O2的高效合成十分重要。长期以来，国内外化工企业及科研机构都广泛开展该工艺路线的基础及应用研究。H2O2直接合成法可分为高压和常压两类体系。高压反应采用间歇釜式反应器或微通道连续反应器；常压反应通常采用连续进气的半间歇鼓泡反应器。两者都通过优化反应器的操作条件等来提高H2O2的生成效率。但是，H2O2生成效率依然较低，无法满足工业生产的需求。目前催化合成H2O2反应所采用的典型催化剂如Pd催化剂等性能较低。因此，如何提高催化剂效率就成为了研究的重点。
目前研究普遍认为直接合成H2O2的机理主要通过非解离的弱吸附O2分子和解离的活性H原子反应形成OOH中间体，然后中间体再与另一个 H原子反应生成H2O2，而解离的O原子与解离的H原子反应生成H2O。因此，高性能催化剂至少需要符合以下两个要求：①具有解离吸附H2的能力；②适宜的O2吸附强度。研究表明，对于传统的 Pd催化剂，可以通过调节其几何结构及电子结构来满足上述要求，提高H2O2的生成效率。此外，根据文献报道，引入第二种或多种金属，形成合金可显著提高催化剂的选择性。其中对Pd-Au、Pd-Pt、Pd-Ru催化剂的研究发现，双金属间的协同效应在提高H2O2选择性中起着除了活性组分外，催化剂载体也起着至关重要的作用。通过选择合适的载体，可以调变活性组分Pd 与载体间的相互作用。文献报道用于H2O2直接合成的催化剂载体主要包括Al2O3、SiO2等氧化物以及杂多酸、分子筛及炭材料等。同 SiO2、C等材料相比较，羟基磷灰石（HAp）具备骨架结构，有离子交换性、化学吸附性和酸碱性等特殊的化学性质。
华东理工大学化学工程联合国家重点实验室韩一帆等人采用等量浸渍法，将Pd负载于羟基磷灰石(HAp)载体上，得到了高分散的 Pd/HAp纳米催化剂，Pd平均粒径2.5 nm。运用幂指数模型，研究该催化剂在H2O2加氢及H2和O2直接合成反应中的动力学，计算得到H2O2加氢、H2O2和H2O的生成反应的表观活化能及O2、H2表观反应级数。结果表明低温及高O2分压有利于H2O2的生成，而高H2分压则有利于H2O的生成。