CO2/carbonate-mediated electrochemical water oxidation to hydrogen peroxide

碳酸盐 过氧化氢 电化学 选择性 化学 无机化学 氧化物 氧化锡 离域电子 光化学
作者
Lei Fan,Xiaowan Bai,Chuan Xia,Xiao Zhang,Xunhua Zhao,Yang Xia,Zhen-Yu Wu,Yingying Lu,Yuanyue Liu,Haotian Wang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-022-30251-5
摘要

Abstract Electrochemical water oxidation reaction (WOR) to hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) via a 2e − pathway provides a sustainable H 2 O 2 synthetic route, but is challenged by the traditional 4e − counterpart of oxygen evolution. Here we report a CO 2 /carbonate mediation approach to steering the WOR pathway from 4e − to 2e − . Using fluorine-doped tin oxide electrode in carbonate solutions, we achieved high H 2 O 2 selectivity of up to 87%, and delivered unprecedented H 2 O 2 partial currents of up to 1.3 A cm −2 , which represents orders of magnitude improvement compared to literature. Molecular dynamics simulations, coupled with electron paramagnetic resonance and isotope labeling experiments, suggested that carbonate mediates the WOR pathway to H 2 O 2 through the formation of carbonate radical and percarbonate intermediates. The high selectivity, industrial-relevant activity, and good durability open up practical opportunities for delocalized H 2 O 2 production.
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