Tailoring the d-band center of Ni on a dual-single-atom Ni–ZnNC catalyst for efficient H2O2 production

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作者
Yahui Wang,Yueshuai Wang,Yonggao Yan,Lina Yan,Xing Cheng,Lirong Zheng,Yue Lu,Ge Chen
出处
期刊:Materials Today Energy [Elsevier]
卷期号:38: 101459-101459
标识
DOI:10.1016/j.mtener.2023.101459
摘要

Electrocatalytic oxygen reduction reaction (ORR) for H2O2 production presents an alternative approach suitable for on-site applications. Although atomically dispersed earth-abundant metal species anchored in a nitrogen-doped carbon framework (M–N–C) have demonstrated significant 2e− ORR activity, the Ni–N–C catalyst exhibits unfavorable catalytic activity. It is well-recognized that the d-band center of the metal can be tailored by introducing transition metals, thereby altering the adsorption free energy of the OOH∗ reactive species. Herein, we have designed a dual-single-atom configuration (Ni–ZnNC), where the Zn atom serves as a modulator to adjust the d-band electronic energy of the Ni center, ultimately optimizing the intermediate adsorption and resulting in high 2e− ORR performance. The Ni–ZnNC catalyst demonstrates an H2O2 production rate of 5.6 mol/g/h at 0.0 VRHE with a notable H2O2 selectivity of approximately 60% in an acid electrolyte. Density-functional theory calculations reveal that the Zn atom effectively alters the d-band electronic energy of the Ni center, strengthening the Ni–OOH∗ binding affinity and thereby enhancing the adsorption process. This work provides valuable insights into the design of earth-abundant metal Ni-based electrocatalysts for H2O2 generation.
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