Tailoring the Atomic‐Local Environment of Carbon Nanotube Tips for Selective H2O2 Electrosynthesis at High Current Densities

材料科学 电合成 碳纳米管 催化作用 纳米技术 杂原子 化学工程 电化学 电极 物理化学 有机化学 化学 工程类 戒指(化学)
作者
Yongde Long,Jinguo Lin,Fenghui Ye,Wei Liu,Dan Wang,Qingqing Cheng,Rajib Paul,Daojian Cheng,Baoguang Mao,Riqing Yan,Linjie Zhao,Dong Liu,Feng Liu,Chuangang Hu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (46) 被引量:43
标识
DOI:10.1002/adma.202303905
摘要

The atomic-local environment of catalytically active sites plays an important role in tuning the activity of carbon-based metal-free electrocatalysts (C-MFECs). However, the rational regulation of the environment is always impeded by synthetic limitations and insufficient understanding of the formation mechanism of the catalytic sites. Herein, the possible cleavage mechanism of carbon nanotubes (CNTs) through the crossing points during ball-milling is proposed, resulting in abundant CNT tips that are more susceptible to be modified by heteroatoms, achieving precise modulation of the atomic environment at the tips. The obtained CNTs with N,S-rich tips (N,S-TCNTs) exhibit a wide potential window of 0.59 V along with H2 O2 selectivity for over 90.0%. Even using air as the O2 source, the flow cell system with N,S-TCNTs catalyst attains high H2 O2 productivity up to 30.37 mol gcat.-1 h-1 @350 mA cm-2 , superior to most reported C-MFECs. From a practical point of view, a solid electrolyzer based on N,S-TCNTs is further employed to realize the in-situ continuous generation of pure H2 O2 solution with high productivity (up to 4.35 mmol cm-2 h-1 @300 mA cm-2 ; over 300 h). The CNTs with functionalized tips hold great promise for practical applications, even beyond H2 O2 generation.
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