Unraveling the mechanism for paired electrocatalysis of organics with water as a feedstock

电催化剂 法拉第效率 电解 催化作用 析氧 电解水 化学 化学工程 磷化物 环境化学 电化学 电极 有机化学 电解质 工程类 物理化学
作者
Ganceng Yang,Yanqing Jiao,Haijing Yan,Ying Xie,Chungui Tian,Aiping Wu,Yu Wang,Honggang Fu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:94
标识
DOI:10.1038/s41467-022-30495-1
摘要

Abstract Paired electroreduction and electrooxidation of organics with water as a feedstock to produce value-added chemicals is meaningful. A comprehensive understanding of reaction mechanism is critical for the catalyst design and relative area development. Here, we have systematically studied the mechanism of the paired electroreduction and electrooxidation of organics on Fe-Mo-based phosphide heterojunctions. It is shown that active H* species for organic electroreduction originate from water. As for organic electrooxidation, among various oxygen species (OH*, OOH*, and O*), OH* free radicals derived from the first step of water dissociation are identified as active species. Furthermore, explicit reaction pathways and their paired advantages are proposed based on theoretical calculations. The paired electrolyzer powered by a solar cell shows a low voltage of 1.594 V at 100 mA cm −2 , faradaic efficiency of ≥99%, and remarkable cycle stability. This work provides a guide for sustainable synthesis of various value-added chemicals via paired electrocatalysis.
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