Dual‐Microsite Covalent Organic Framework‐Functionalized Barium Titanate for Promoting Piezo‐Catalytic Dual‐Pathway H 2 O 2 Production

钛酸钡 材料科学 催化作用 吸附 化学工程 过氧化氢 氧气 共价键 氧化还原 析氧 产量(工程) 光化学 基质(水族馆) 无机化学 制氢 分解水 水溶液 电子转移 极化(电化学) 双重角色 纳米技术 过氧化物 钛酸酯 臭氧 多相催化 纳米反应器 化学
作者
Xiangming Li,Xianyang Yang,Qingpeng Chen,Qi Yuan,Hongwei Huang,Shuchen Tu,Qian Zhang,Fang Chen,Meng Fu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:22 (26): e00067-e00067
标识
DOI:10.1002/smll.202600067
摘要

ABSTRACT Piezo‐catalytic synthesis of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) from air and pure water represents a highly promising production strategy. However, its rapid development is severely hindered by challenges in the catalytic process, such as weak substrate adsorption selectivity, poor charge separation and transfer efficiency, and limited reaction pathways. Herein, we present a piezo‐catalyst composed of barium titanate in situ encapsulated by a covalent organic framework (COF/BaTiO 3 ), which enables the simultaneous conversion of water and oxygen into H 2 O 2 under ultrasonic irradiation via dual micro sites, without requiring sacrificial agents or additional oxygen sources. Theoretical calculations and experimental results collectively demonstrate that the dual micro sites of COF/BaTiO 3 facilitate the directional preferential adsorption and activation of water and oxygen. Benefiting from the strong built‐in polarization field formed by the overall enhanced piezoelectric response, electrons and holes are rapidly separated and directionally transported to the microsites. This enables a synergistic pathway dominated by two‐electron water oxidation and supplemented by two‐electron oxygen reduction on the dual micro sites, while suppressing the four‐electron water oxidation reaction to achieve an impressive H 2 O 2 yield of 240.7 µmol g −1 h −1 . This work provides new insights for the design and development of piezo‐catalysts for efficient overall piezo‐catalytic H 2 O 2 production.
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