Heterojunction Engineering of Thiophene–Sulfur Covalent Organic Frameworks via Amino-Functionalized MXene Incorporation for Enhanced H2O2 Electrocatalysis

电催化剂 噻吩 异质结 共价键 硫黄 化学 催化作用 材料科学 金属有机骨架 共价有机骨架 化学工程 纳米技术 有机化学 物理化学 电化学 电极 光电子学 吸附 工程类
作者
Meng Li,Jiajia Wang,Shiyuan Wei,You Wang,Yiwen Cao,Hao Wang,Shanyong Chen,Jiawei Li,Jianhan Huang,You‐Nian Liu
出处
期刊:Industrial & Engineering Chemistry Research [American Chemical Society]
卷期号:64 (36): 17750-17758
标识
DOI:10.1021/acs.iecr.5c02494
摘要

Two-electron oxygen reduction reaction (2e– ORR) offers a promising alternative for hydrogen peroxide (H2O2) production. However, this process necessitates the electrocatalysts with appropriate adsorption energy for the oxygen-containing intermediates, posing a very challenging but meaningful task. Herein, for the first time, we applied the heterojunction engineering strategy to rationally design a specific N-MX@COF-S2 heterojunction via in situ growth of the highly active thiophene-sulfur covalent organic frameworks (COF-S2) on the amino-functionalized MXene (N-MX). N-MX effectively regulates the charge distribution of COF-S2 and thus enables efficient and selective production of H2O2 via 2e– ORR. The results reveal that a special built-in electric field (BIEF) is formed in the heterojunction, the electrons are rearranged and transferred from COF-S2 to N-MX, which strengthens the adsorption of the OOH* and lowers the reaction barrier. As a result, N-MX@COF-S2 achieves the H2O2 selectivity higher than 90% from 0.2 to 0 V vs RHE, and the Faradaic efficiency arrives at 81% at −250 mA cm–2 in neutral media. This study offers a rational regulatory strategy for H2O2 production by heterojunction engineering to promote the development of COF-based electrocatalysts.
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