Enhanced Catalytic Performance in Two-Electron Oxygen Reduction Reaction via ZnSnO3 Perovskite

钙钛矿(结构) 电催化剂 催化作用 材料科学 选择性 电合成 过氧化氢 电解质 吸附 氧化物 化学工程 无机化学 化学 物理化学 有机化学 电极 工程类 电化学
作者
Junning Qian,Wei Liu,Yuting Jiang,Yongbiao Mu,Yuanyuan Cai,Le Shi,Lin Zeng
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:10 (43): 14351-14360 被引量:36
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.2c04965
摘要

Effective design of high-performance electrocatalysts for the green synthesis of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) by a two-electron oxygen reduction reaction (2e-ORR) method is of vital importance in various applications, but it is still a great challenge for the electrocatalysis community after all of these years. In this work, a novel ZnSnO 3 perovskite is prepared as a highly selective and stable catalyst for the electrosynthesis of H 2 O 2 via 2e-ORR. Profiting from its perovskite-type structure, it presents excellent electrochemical activity toward 2e-ORR in an alkaline electrolyte, and correlated H 2 O 2 selectivity can reach 76%. Additionally, the H 2 O 2 selectivity of ZnSnO 3 perovskite in 2e-ORR can be steadily maintained for 6 h in a durability test, and the production of H 2 O 2 synthesis achieves a total amount of 78 mmol·g cat –1 ·h –1 at 0.1 V. Impressively, ZnSnO 3 perovskite delivers a preferable turnover frequency (TOF) of 1.31 × 10 –3 s –1 compared to the commercial Pt/C catalyst (0.05 × 10 –3 s –1 ) under the same conditions, demonstrating the great applicable potential of ZnSnO 3 perovskite as an active non-noble metal oxide electrocatalyst for 2e-ORR. From the view of catalytic essence, the high electrochemical performance of ZnSnO 3 perovskite in 2e-ORR originates from the suitable adsorption capacity on its surface for the adsorption of important *OOH intermediates according to the theoretical calculations. Therefore, ZnSnO 3 perovskite as the efficient 2e-ORR catalyst is a promising candidate for the green synthesis of hydrogen peroxide.
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