On-site catalytic wastewater remediation by sustainably produced H2O2 via scalable single-atomic Fe-incorporated Janus membrane

催化作用 杰纳斯 化学工程 气体扩散电极 法拉第效率 氧气 过氧化氢 电极 化学 电合成 材料科学 纳米技术 电化学 有机化学 物理化学 工程类
作者
Yuhan Wu,Yifei Wang,Ruyan Chen,Jiaqing Xu,Yifei Wang,Hangyuan Zhang,Yifan Ding,Beibei Li,Shuying Dong,Shi Xue Dou,Xiao Zhang,Jingyu Sun,Jianhui Sun
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:343: 123533-123533 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2023.123533
摘要

Electrosynthesis of hydrogen peroxide (H2O2) from oxygen is a green and sustainable route toward on-site wastewater treatment. Nevertheless, the performance mismatch of the catalyst species and gas-diffusion components gives rise to low O2 utilization efficiency and limited H2O2 production rate in a practical cell. Herein, we propose a flexible and scalable Janus electrode comprising hydrophilic single-atomic Fe-incorporated catalytic layer and hydrophobic gas-attraction layer. The hydrophobic layer enables efficient oxygen diffusion, and the hollow-structured catalysts allow oxygen gas trapping with a high local oxygen concentration, resulting in a high Faradaic efficiency and fast H2O2 production rate. Accordingly, an 80 h electrocatalytic H2O2 synthesis could be gained at 80 mA cm−2. The Janus electrode delivers a H2O2 selectivity of 92% and a yield of 592 mmol g−1 h−1 in a flow cell. The thus-produced H2O2 allows for an in situ antibiotic removal, with the potential for on-site eco-restoration.
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