Unveiling Electrode–Electrolyte Interfacial Synergy in CTAB‐Modulated Pd Single‐Atom Catalysts for Efficient H 2 O 2 Electrosynthesis

催化作用 化学 密度泛函理论 溴化物 活动站点 吸附 氢键 光化学 红外光谱学 吸收(声学) 无机化学 吸收光谱法 衰减全反射 选择性 电子转移 电合成 化学吸附 物理化学 电子结构 烯丙基溴 多相催化 电子效应 光谱学 X射线吸收光谱法 合理设计 化学工程 质子
作者
Weiping Xiao,Qin Zhao,Na Wang,Fengyan Han,Danil Bukhvalov,Xiaofei Yang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:: e2707273-e2707273
标识
DOI:10.1002/anie.2707273
摘要

ABSTRACT The design of high‐activity single‐atom catalysts (SACs) toward two‐electron oxygen reduction is dominated by regulating the adsorption energy of *OOH intermediates at active sites, whereas the critical factor of proton activity at the catalyst–electrolyte interface has received insufficient attention. Herein, an electrode–electrolyte synergistic strategy was employed to modulate the electronic structure of Pd single‐atom sites via the construction of a Pd/CeO 2 ‐MXene heterostructure and hydrogen bond strength using cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) additive. X‐ray absorption spectroscopy (XAS) and density functional theory (DFT) calculations revealed that the real active sites are Pd single‐atom sites anchored via Pd‐O‐Ce bonding, which significantly reduces the free energies of the key reaction steps (H 2 O→*OOH→H 2 O 2 ). In situ attenuated total reflection surface‐enhanced infrared absorption spectroscopy (ATR‐SEIRAS) further verified that CTAB adsorbed at the reaction interface can enhance the hydrogen bond strength of interfacial water molecules, reduce the supply of interfacial *H species, and thereby effectively suppress H 2 O 2 decomposition. As a result, the Pd/CeO 2 ‐MXene+CTAB system achieves a low electron transfer number of 2.02 and a high H 2 O 2 selectivity of 98.8% at 0.5 V. This study provides a novel insight into the rational design of proton‐coupled electrocatalysts through the integration of interfacial hydrogen bond engineering and single‐atom catalysts.
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