Maximizing Thiophene–Sulfur Functional Groups in Carbon Catalysts for Highly Selective H2O2 Electrosynthesis

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作者
Ronghui Xie,Chuanqi Cheng,Ruguang Wang,Jisi Li,Erling Zhao,Zhao Yang,Yunlong Liu,Jiaxin Guo,Pengfei Yin,Tao Ling
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (7): 4471-4477 被引量:40
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c00419
摘要

Carbon materials are promising electrocatalysts for renewable energy devices because of their abundant availability, tunability, and structural durability in harsh electrochemical environments. Future large-scale applications require the construction of carbon materials with a clear doping configuration and high dopant loading, but this is particularly challenging. In this work, we reported a molecular weaving strategy using molecules with well-defined thiophene–sulfur (S) configuration as precursors to synthesize thiophene–S-doped carbon with a high S doping mass up to 14 wt % for hydrogen peroxide (H2O2) electrosynthesis. We theoretically and experimentally showed that the as-synthesized thiophene–S-doped carbon catalyst exhibited a selectivity exceeding 90% for H2O2 production. More significantly, we assembled a thiophene–S-doped carbon-based zinc–air battery for simultaneous H2O2 and power generation, which demonstrated a H2O2 production rate of 117.7 ± 0.2 mg·mg–1Cat·h–1 and a peak power density of 82.7 ± 0.8 mW cm–2. This work extends the practical application potential of carbon-based materials in future energy conversion and storage devices.
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