Enhancing H2O2 Electrosynthesis at Industrial-Relevant Current in Acidic Media on Diatomic Cobalt Sites

化学 电合成 双原子分子 催化作用 过氧化氢 金属 选择性 氧气 无机化学 物理化学 电化学 有机化学 分子 电极
作者
Helai Huang,Mingze Sun,Shuwei Li,Shengbo Zhang,Yiyang Lee,Zhengwen Li,Jinjie Fang,Chengjin Chen,Yu‐Xiao Zhang,Yanfen Wu,Yongzhe Che,Shuairen Qian,Wei Zhu,Cheng Tang,Zhongbin Zhuang,Liang Zhang,Zhiqiang Niu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (13): 9434-9443
标识
DOI:10.1021/jacs.4c02031
摘要

Electrocatalytic synthesis of hydrogen peroxide (H2O2) in acidic media is an efficient and eco-friendly approach to produce inherently stable H2O2, but limited by the lack of selective and stable catalysts under industrial-relevant current densities. Herein, we report a diatomic cobalt catalyst for two-electron oxygen reduction to efficiently produce H2O2 at 50–400 mA cm–2 in acid. Electrode kinetics study shows a >95% selectivity for two-electron oxygen reduction on the diatomic cobalt sites. In a flow cell device, a record-high production rate of 11.72 mol gcat–1 h–1 and exceptional long-term stability (100 h) are realized under high current densities. In situ spectroscopic studies and theoretical calculations reveal that introducing a second metal into the coordination sphere of the cobalt site can optimize the binding strength of key H2O2 intermediates due to the downshifted d-band center of cobalt. We also demonstrate the feasibility of processing municipal plastic wastes through decentralized H2O2 production.
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