Oxygen functionalization of carbon quantum dots enables efficient acidic hydrogen peroxide electrosynthesis

电合成 化学 过氧化氢 法拉第效率 表面改性 碳纤维 析氧 电解质 氧气 吸附 光化学 催化作用 纳米笼 密度泛函理论 氧化还原 电催化剂 制氢 无机化学 组合化学 离子键合 化学工程 酒精氧化 过氧化物 量子点 离子液体 功能群
作者
Baoxin Ni,Huazhang Guo,Hao Yang,Yinghao Tao,Zuohuan Chen,Junhao Chu,Jia Wang,Yifan Ye,Hao Wei,Wen‐Bin Cai,Tao Cheng,Liang Wang,Kun Jiang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1): 221-221 被引量:19
标识
DOI:10.1038/s41467-025-66920-4
摘要

The electrocatalytic synthesis of hydrogen peroxide (H2O2) using carbon-based materials is currently constrained by limited activity levels that fall short of industrially relevant production rates, particularly in acidic electrolytes, as well as a lack of atomic-level understanding of the active motifs. Herein, we utilize well-defined zero-dimensional carbon quantum dots (CQDs) with delicately engineered edge-site oxygen functional groups to elucidate the nature of sp3-hybridized carbon active sites and the promotional effects of aldehyde (–CHO), hydroxyl (–OH), and carboxyl (–COOH) groups in promoting acidic O2-to-H2O2 conversion. Moreover, Ampere-level current densities are successfully achieved by integrating these CQDs into a solid-state electrolyte electrolyzer, resulting in a H2O2 Faradaic efficiency of up to 99.03% and a production rate of up to 3.0 μmol s-1 cm-2 with optimized ionic conduction over CQDs-CHO. Theoretical modeling and calculations reveal that the reconfiguration of carbon edge sites upon functionalization can alter the adsorption behavior of oxygenated intermediates in the 2e− oxygen reduction pathway. Additionally, the combined experimental and theoretical findings underscore the crucial role of electron-withdrawing functional groups in facilitating charge transfer kinetics, thereby enhancing the efficiency of H2O2 electrosynthesis. Cost-effective carbon is inherently selective for O2-to-H2O2 conversion, yet challenged by insufficient activity and unclear active site identification. Here, the authors report surface-engineered carbon quantum dots that elucidate the active motifs and achieve high-rate H2O2 electrosynthesis.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
Mark发布了新的文献求助10
刚刚
刚刚
CodeCraft应助热心的薯片采纳,获得10
1秒前
明亮剑发布了新的文献求助10
2秒前
Z2H完成签到,获得积分10
2秒前
腼腆的赛君完成签到,获得积分10
2秒前
SciGPT应助直白采纳,获得10
3秒前
3秒前
balabala发布了新的文献求助10
4秒前
4秒前
CipherSage应助酱鱼采纳,获得10
4秒前
Lucky发布了新的文献求助10
4秒前
Maxvail完成签到,获得积分10
4秒前
研友_VZG7GZ应助科研通管家采纳,获得10
5秒前
5秒前
NexusExplorer应助科研通管家采纳,获得10
5秒前
5秒前
CipherSage应助科研通管家采纳,获得10
5秒前
5秒前
共享精神应助科研通管家采纳,获得10
5秒前
5秒前
乐乐应助科研通管家采纳,获得10
5秒前
科研通AI2S应助科研通管家采纳,获得10
5秒前
小马甲应助科研通管家采纳,获得10
5秒前
传奇3应助科研通管家采纳,获得10
5秒前
打打应助科研通管家采纳,获得10
5秒前
5秒前
ding应助科研通管家采纳,获得10
6秒前
乐乐应助科研通管家采纳,获得10
6秒前
李健应助科研通管家采纳,获得10
6秒前
6秒前
LIU发布了新的文献求助10
6秒前
思源应助CC采纳,获得30
7秒前
一口锅学姐完成签到,获得积分10
8秒前
共享精神应助chenjingying采纳,获得20
8秒前
NEX发布了新的文献求助10
10秒前
柳白发布了新的文献求助30
10秒前
JamesPei应助LlLly采纳,获得10
12秒前
小蘑菇应助青塘龙仔采纳,获得10
12秒前
乐乐应助青塘龙仔采纳,获得10
12秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Single Cell Analysis of the Tumor Microenvironment Landscape Across the Disease Spectrum of Multiple Myeloma 1000
2026年中国辛酸癸酸聚乙二醇甘油酯行业市场现状调查及投资机会研判报告 1000
2026年中国辛酸癸酸聚乙二醇甘油酯行业市场规模及竞争格局分析报告 1000
Fundamentals of Pharmaceutical and Biologics Regulations: A Global Perspective, Second Edition 700
The Cambridge History of China 英文版16册 600
作者名:Kristopher P. Plain,悉尼大学的,目前只能查到其四篇论文,想找到其博士论文 550
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7330074
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8944372
关于积分的说明 18973109
捐赠科研通 6985214
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3216657
关于科研通互助平台的介绍 2383253
邀请新用户注册赠送积分活动 2196196