Coral-shaped Mn-CuS with hierarchical pores and crystalline defects for high-efficiency H2O2 production via electrocatalytic two-electron reduction

杂原子 催化作用 材料科学 硫化物 热液循环 过渡金属 电催化剂 选择性 硫化铜 化学工程 水热合成 无机化学 纳米技术 化学 电化学 冶金 物理化学 电极 有机化学 工程类 戒指(化学)
作者
Ao Zhang,Zhongqing Jiang,Shaoda Zhang,Penghua Lan,Naihua Miao,Weiheng Chen,Ning Huang,Xiaoning Tian,Yangjié Liu,Zhongyu Cai
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:331: 122721-122721 被引量:33
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2023.122721
摘要

We report the development of non-noble transition metal sulfide catalysts Mn-CuS-x for high-efficiency and selective H2O2 production. In this study, we synthesized Mn-CuS-x with coral-shaped hierarchical porous structure through one-pot hydrothermal reaction. The Mn-CuS-x possesses large specific surface area with plenty of crystalline defects via heteroatom doping of Mn. The Mn-CuS-x kinetically favored 2e− pathway over 4e− pathway, resulting in high selectivity (>92%) to H2O2 production and high H2O2 concentration (∼24.5 mM at 0.6 V vs. RHE) within 3 h for the optimized Mn-CuS-2 catalysts (synthesized with a molar ratio of 1:3:8 (MnCl2·4 H2O: CuCl2·2 H2O: C2H5NS)). The Mn-CuS-2 showed excellent stability, indicating that the Mn-CuS electrocatalysts can simultaneously achieve both high stability and enhanced H2O2 production. Our first-principles calculations further confirmed that the heteroatom Mn doping to CuS thermodynamically makes the 2e–-ORR pathway more favorable. This study provides a green, low-cost, and efficient route to produce H2O2, which is very promising for generating chemicals and liquid fuels.
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