Synthesis of La2NiMnO6 Double Perovskite as a Highly Selective Electrocatalyst for Oxygen Reduction to Hydrogen Peroxide in Electrochemical Energy Conversion

电催化剂 过氧化氢 电化学 氧气 钙钛矿(结构) 催化作用 氧还原 氧还原反应 无机化学 电化学能量转换 材料科学 化学 电极 物理化学 有机化学
作者
Mohammad Imran Hossain,Syed Abdul Monim,Zannatul Mumtarin Moushumy,Neamul H. Khansur,Iqbal Mahmud,Mostafizur Rahaman,Ali Aldalbahi,Shakhawat H. Firoz,Mohammad A. Hasnat
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:8 (2): 949-963 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acsaem.4c02469
摘要

Oxygen reduction reaction (ORR), a key process in sustainable energy conversion, utilizing a perovskite catalyst to achieve higher currents at lower overpotentials along with the production of value-added product hydrogen peroxide (H2O2), serves the dual functionality of both energy production and a green route for H2O2 generation. Here, we report the synthesis of a highly efficient double perovskite La2NiMnO6 (LNMO), achieved through the incorporation of two transition metals, Ni and Mn, in the perovskite structure, and explore its activity for ORR. During ORR at a rotation rate of 1600 rpm in 1.0 M NaOH, LNMO exhibits an onset potential of 0.75 V (corresponding to a current density of 0.1 mA cm–2) and a Tafel slope of 95 mV dec–1, achieving over 88% H2O2 selectivity and 73% faradaic efficiency across a wide potential range of 0.2–0.6 V vs RHE. Characterization techniques including OCP, EIS, ICP-OES, XRD, XPS, FE-SEM, and FTIR confirmed the successful preparation of LNMO and its catalytic activity. The kinetic investigation unveiled by the transfer coefficient (α) demonstrated that ORR on the LNMO surface followed a stepwise mechanism, involving an overall two irreversible electron transfer steps, where the first electron transfer was the rate-determining step. The analyses further revealed a diffusion-limited process for ORR accompanied by first-order kinetics with a standard rate constant (k0) of 3.97 × 10–3 cm s–1 and a formal potential (E0) value of 0.96 V vs RHE. Finally, a stability test via chronoamperometry showed that LNMO outperformed the Pt/C catalyst.
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