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Tuning the Formation Kinetics of *OOH Intermediate with Hollow Bowl-Like Carbon by Pulsed Electroreduction for Enhanced H2O2 Production

动力学 材料科学 碳纤维 生产(经济) 化学动力学 纳米技术 化学工程 化学 分析化学(期刊) 物理 有机化学 量子力学 复合数 工程类 经济 复合材料 宏观经济学
作者
Ruoxuan Sun,Minghui Zhu,Jie Chen,Lei Yan,Liyi Bai,Jiqiang Ning,Yijun Zhong,Yong Ming Hu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (13): 13414-13426 被引量:43
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c01453
摘要

The electrochemical synthesis of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) via the two-electron oxygen reduction reaction (2e – ORR) is a promising alternative to the conventional anthraquinone method. However, due to local alkalinization near the catalyst surface, the restricted oxygen replenishment and insufficient activated water molecule supply limit the formation of the key *OOH intermediate. Herein, a pulsed electrocatalysis approach based on a structurally optimized S/N/O tridoped hollow carbon bowl catalyst has been proposed to overcome this challenge. In an H-type electrolytic cell, the pulsed method achieves a superior H 2 O 2 yield rate of 55.6 mg h –1 mg cat. –1, approximately 1.6 times higher than the conventional potentiostatic method (34.2 mg h –1 mg cat. –1 ), while maintaining the Faradaic efficiency above 94.6%. In situ characterizations, finite element simulations, and density functional theory analyses unveil that the application of pulsed potentials mitigates the local OH – concentration, enhances the water activation and proton generation, and facilitates oxygen production within the hollow bowl-like carbon structure. These effects synergistically accelerate the formation kinetics of the *OOH intermediate by the efficient generation of *O 2 and *H 2 O intermediates, leading to superior H 2 O 2 yields. This work develops a strategy to tune catalytic environments for diverse catalytic applications.
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