Dual‐Functional Catalyst of Amorphous TiO2 Embedded in Mesoporous Carbon Hollow Spheres for H2O2 Electrosynthesis

材料科学 电合成 介孔材料 阳极 法拉第效率 阴极 无定形固体 催化作用 电解 电解质 纳米技术 化学工程 电化学 物理化学 有机化学 电极 工程类 化学
作者
Zhaohui Wang,Kun Li,Junling Hu,Ang Li,Yang Tang,Yanzhi Sun,Pingyu Wan,Haomin Jiang,Yongmei Chen
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (32) 被引量:13
标识
DOI:10.1002/adfm.202425301
摘要

Abstract H 2 O 2 production in coupled electrochemical systems, where H 2 O 2 is generated through 2e‐pathway of water oxidation (2e‐WOR) at anode and 2e‐pathway of oxygen reduction (2e‐ORR) at cathode, offers an advanced alternative to the anthraquinone process. However, the efficiency of such coupled system is often hindered by the limited activity and selectivity of electrocatalysts. Herein, a dual‐functional catalyst composed of amorphous TiO 2 embedded in mesoporous carbon hollow spheres (TiO x @MCHS) is reported, which exhibits exceptional electrocatalytic performance for both 2e‐WOR and 2e‐ORR. By employing TiO x @MCHS‐loaded electrodes as both anode and cathode in a membrane‐free flow cell with 4 м K 2 CO 3 /KHCO 3 as electrolyte, a rate of 108.3 µmol min −1 cm −2 and a Faradaic efficiency (FE) of ≈145% for H 2 O 2 production are achieved at a voltage of ≈2.5 V under a constant current of 240 mA (anode: 1 cm 2 , cathode: 4 cm 2 ). Experimental and computational results reveal the crucial role of low‐coordinated Ti in optimizing the adsorption of intermediates involved in the two electrode reaction pathways, thereby enhancing both activity and selectivity of these processes. This work establishes a new paradigm for the development of advanced electrocatalysts and the design of novel coupled‐electrolysis systems, enabling scalable and sustainable H 2 O 2 electrosynthesis.
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