Highly Selective Active Chlorine Generation Electrocatalyzed by Co3O4 Nanoparticles: Mechanistic Investigation through in Situ Electrokinetic and Spectroscopic Analyses

化学 次氯酸 无机化学 氯化物 电化学 纳米颗粒 催化作用 过氧化氢 电动现象 反应机理 反应中间体 电极 化学工程 有机化学 物理化学 工程类
作者
Heonjin Ha,Kyoungsuk Jin,Sunghak Park,Kang‐Gyu Lee,Kang Hee Cho,Hongmin Seo,Hyo‐Yong Ahn,Yoon Ho Lee,Ki Tae Nam
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:10 (6): 1226-1233 被引量:97
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.9b00547
摘要

The reaction mechanism of electrochemical chloride oxidation at neutral pH is different from that at acidic pH, in which a commercial chlor-alkali process has been developed. Different proton concentrations and accelerated hydrolysis of the generated chlorine into hypochlorous acid at high pH can change the electrokinetics and stability of reaction intermediates. We have investigated a unique reaction mechanism of Co3O4 nanoparticles for chloride oxidation at neutral pH. In contrast with water oxidation, the valency of cobalt was not changed during chloride oxidation. Interestingly, a new intermediate of Co–Cl was captured spectroscopically, distinct from the reaction intermediate at acidic pH. In addition, Co3O4 nanoparticles exhibited high selectivity for active chlorine generation at neutral pH, comparable to commercially available RuO2-based catalysts. We believe that this study provides insight into designing efficient electrocatalysts for active chlorine generation at neutral pH, which can be practically applied to electrochemical water treatment coupled to hydrogen production.
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