Fabrication of a Photocatalyst with Biomass Waste for H2O2 Synthesis

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作者
Liangpang Xu,Yang Liu,Lejing Li,Zhuofeng Hu,Jimmy C. Yu
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:11 (23): 14480-14488 被引量:143
标识
DOI:10.1021/acscatal.1c03690
摘要

Synthesis of the indispensable H 2 O 2 in pure water remains a challenge for current methods, which often require organic solvents (anthraquinone method), sacrificial agents of alcohols (traditional photocatalysis), or electrolyte of salts (electrochemical synthesis). Here, various biomass (glucose, sucrose, starch, cellulose, and paperboard) was converted to hydrothermal carbonaceous carbon (HTCC) photocatalysts for H 2 O 2 synthesis in pure water. The apparent quantum yield and synthesis rate could reach 18.2% (at 420 nm) and 1.16 mmol g cat –1 h –1, respectively. Importantly, HTCC can be prepared with biomass waste such as paperboard. Mechanism study indicates that H 2 O 2 production on HTCC is dominantly via a two-step oxygen reduction reaction with superoxide anions as an intermediate. Through theoretical calculation, it was found that the polyfuran structure of HTCC is favorable for adsorption and activation of oxygen and exhibits superior electron transfer property. These are the key steps for oxygen reduction and the subsequent H 2 O 2 production. This work provides insights into activation of oxygen on the emerging HTCC photocatalyst and highlights its appealing application for H 2 O 2 synthesis in pure water.
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