Single‐Atom Co─O4 Sites Embedded in a Defective‐Rich Porous Carbon Layer for Efficient H2O2 Electrosynthesis

电催化剂 电合成 电化学 吸附 碳纤维 化学 材料科学 化学工程 无机化学 光化学 物理化学 电极 复合材料 复合数 工程类
作者
Shuai Zhang,Zheng Tao,Mingyang Xu,Lun Kan,Chuanpan Guo,Jiameng Liu,Linghao He,Miao Du,Zhihong Zhang
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202310468
摘要

The production of hydrogen peroxide (H2 O2 ) via the two-electron electrochemical oxygen reduction reaction (2e- ORR) is an essential alteration in the current anthraquinone-based method. Herein, a single-atom Co─O4 electrocatalyst is embedded in a defective and porous graphene-like carbon layer (Co─O4 @PC). The Co─O4 @PC electrocatalyst shows promising potential in H2 O2 electrosynthesis via 2e- ORR, providing a high H2 O2 selectivity of 98.8% at 0.6 V and a low onset potential of 0.73 V for generating H2 O2 . In situ surface-sensitive attenuated total reflection Fourier transform infrared spectra and density functional theory calculations reveal that the electronic and geometric modification of Co─O4 induced by defective carbon sites result in decreased d-band center of Co atoms, providing the optimum adsorption energies of OOH* intermediate. The H-cell and flow cell assembled using Co─O4 @PC as the cathode present long-term stability and high efficiency for H2 O2 production. Particularly, a high H2 O2 production rate of 0.25 mol g-1cat h-1 at 0.6 V can be obtained by the flow cell. The in situ-generated H2 O2 can promote the degradation of rhodamine B and sterilize Staphylococcus aureus via the Fenton process. This work can pave the way for the efficient production of H2 O2 by using Co─O4 single atom electrocatalyst and unveil the electrocatalytic mechanism.
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