Pulsed Electrolysis of Boron-Doped Carbon Dramatically Improves Impurity Tolerance and Longevity of H2O2 Production

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作者
Jae‐Hong Kim,Yuanzuo Gao,Kali Rigby,Aidan Francis Meese,Hyun Jeong Lim,Hailiang Wang,Jin Hyun Kim,Jae‐Hong Kim
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:57 (18): 7309-7320 被引量:22
标识
DOI:10.1021/acs.est.3c00305
摘要

Electrocatalytic water treatment has emerged in the limelight of scientific interest, yet its long-term viability remains largely in the dark. Herein, we present for the first time a comprehensive framework on how to optimize pulsed electrolysis to bolster catalyst impurity tolerance and overall longevity. By examining real wastewater constituents and assessing different catalyst designs, we deconvolute the complexities associated with key pulsing parameters to formulate optimal sequences that maximize operational lifetime. We showcase our approach for cathodic H2O2 electrosynthesis, selected for its widespread importance to wastewater treatment. Our results unveil superior performance for a boron-doped carbon catalyst over state-of-the-art oxidized carbon, with high selectivity (>75%) and near complete recoveries in overpotentials even in the presence of highly detrimental Ni2+ and Zn2+ impurities. We then adapt these fine-tuned settings, obtained under a three-electrode arrangement, for practical two-electrode operation using a novel strategy that conserves the desired electrochemical potentials at the catalytic interface. Even under various impurity concentrations, our pulses substantially improve long-term H2O2 production to 287 h and 35 times that attainable via conventional electrolysis. Our findings underscore the versatility of pulsed electrolysis necessary for developing more practical water treatment technologies.
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