Carbon Black‐Supported Single‐Atom CoNC as an Efficient Oxygen Reduction Electrocatalyst for H2O2 Production in Acidic Media and Microbial Fuel Cell in Neutral Media

催化作用 电解质 电催化剂 材料科学 选择性 碳纤维 炭黑 无机化学 阴极 氧气 电极 化学工程 电化学 化学 有机化学 物理化学 天然橡胶 复合材料 复合数 工程类
作者
Ying‐Xia Du,Qiao Yang,Wangting Lu,Qingyu Guan,Feifei Cao,Geng Zhang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (27) 被引量:36
标识
DOI:10.1002/adfm.202300895
摘要

Abstract Single metal atom isolated in nitrogen‐doped carbon materials (MNC) are effective electrocatalysts for oxygen reduction reaction (ORR), which produces H 2 O 2 or H 2 O via 2‐electron or 4‐electron process. However, most of MNC catalysts can only present high selectivity for one product, and the selectivity is usually regulated by complicated structure design. Herein, a carbon black‐supported CoNC catalyst (CB@CoNC) is synthesized. Tunable 2‐electron/4‐electron behavior is realized on CB@Co‐N‐C by utilizing its H 2 O 2 yield dependence on electrolyte pH and catalyst loading. In acidic media with low catalyst loading, CB@CoNC presents excellent mass activity and high selectivity for H 2 O 2 production. In flow cell with gas diffusion electrode, a H 2 O 2 production rate of 5.04 mol h −1 g −1 is achieved by CB@CoNC on electrolyte circulation mode, and a long‐term H 2 O 2 production of 200 h is demonstrated on electrolyte non‐circulation mode. Meanwhile, CB@CoNC exhibits a dominant 4‐electron ORR pathway with high activity and durability in pH neutral media with high catalyst loading. The microbial fuel cell using CB@CoNC as the cathode catalyst shows a peak power density close to that of benchmark Pt/C catalyst.
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