Sulfur‐Tuned Main‐Group Sb−N−C Catalysts for Selective 2‐Electron and 4‐Electron Oxygen Reduction

电合成 催化作用 选择性 硫黄 掺杂剂 无机化学 材料科学 过氧化氢 吸附 化学 电化学 有机化学 物理化学 兴奋剂 电极 冶金 光电子学
作者
Minmin Yan,Hao Yang,Zhichao Gong,Jiarui Zhu,Christopher S. Allen,Tao Cheng,Huilong Fei
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (27): e2402963-e2402963 被引量:68
标识
DOI:10.1002/adma.202402963
摘要

Abstract The selective oxygen reduction reaction (ORR) is important for various energy conversion processes such as the fuel cells and metal‐air batteries for the 4e − pathway and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) electrosynthesis for the 2e − pathway. However, it remains a challenge to tune the ORR selectivity of a catalyst in a controllable manner. Herein, an efficient strategy for introducing sulfur dopants to regulate the ORR selectivity of main‐group Sb−N−C single‐atom catalysts is reported. Significantly, Sb−N−C with the highest sulfur content follows a 2e − pathway with high H 2 O 2 selectivity (96.8%) and remarkable mass activity (96.1 A g −1 at 0.65 V), while the sister catalyst with the lowest sulfur content directs a 4e − pathway with a half‐wave potential ( E 1/2 = 0.89 V) that is more positive than commercial Pt/C. In addition, practical applications for these two 2e − /4e − ORR catalysts are demonstrated by bulk H 2 O 2 electrosynthesis for the degradation of organic pollutants and a high‐power zinc‐air battery, respectively. Combined experimental and theoretical studies reveal that the excellent selectivity for the sulfurized Sb−N−Cs is attributed to the optimal adsorption‐desorption of the ORR intermediates realized through the electronic structure modulation by the sulfur dopants.
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