Carboxylated Hexagonal Boron Nitride/Graphene Configuration for Electrosynthesis of High‐Concentration Neutral Hydrogen Peroxide

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作者
Zhixin Song,Xiao Chi,Shu Dong,Biao Meng,Xiaojiang Yu,Xiaoling Liu,Yu Zhou,Jun Wang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:136 (7)
标识
DOI:10.1002/ange.202317267
摘要

Abstract The electrosynthesis of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) via two‐electron (2 e − ) oxygen (O 2 ) reduction reaction (ORR) has great potential to replace the traditional energy‐intensive anthraquinone process, but the design of low‐cost and highly active and selective catalysts is greatly challenging for the long‐term H 2 O 2 production under industrial relevant current density, especially under neutral electrolytes. To address this issue, this work constructed a carboxylated hexagonal boron nitride/graphene ( h ‐BN/G) heterojunction on the commercial activated carbon through the coupling of B, N co‐doping with surface oxygen groups functionalization. The champion catalyst exhibited a high 2 e − ORR selectivity (>95 %), production rate (up to 13.4 mol g −1 h −1 ), and Faradaic efficiency (FE, >95 %). The long‐term H 2 O 2 production under the high current density of 100 mA cm −2 caused the cumulative concentration as high as 2.1 wt %. The combination of in situ Raman spectra and theoretical calculation indicated that the carboxylated h‐ BN/G configuration promotes the adsorption of O 2 and the stabilization of the key intermediates, allowing a low energy barrier for the rate‐determining step of HOOH* release from the active site and thus improving the 2 e − ORR performance. The fast dye degradation by using this electrochemical synthesized H 2 O 2 further illustrated the promising practical application.
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