Curvature-Dependent Electrochemical Hydrogen Peroxide Synthesis Performance of Oxidized Carbon Nanotubes

碳纳米管 过氧化氢 电化学 催化作用 化学 碳纤维 材料科学 化学工程 无机化学 纳米技术 有机化学 电极 物理化学 复合数 工程类 复合材料
作者
Fangxin She,Zhongyuan Guo,Fangzhou Liu,Zixun Yu,Jiaxiang Chen,Yameng Fan,Yaojie Lei,Yuan Chen,Hao Li,Wei Li
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (14): 10928-10938 被引量:35
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c01637
摘要

Surface oxidized carbon nanotubes (o-CNTs) can produce sustainable hydrogen peroxide (H2O2) by the two-electron transferred oxygen reduction reaction (2e-ORR). The C atoms neighboring to surface epoxy (C–O–C) groups are recognized as active sites. Herein, we report the CNT curvature, or diameter, dependent ORR activity of o-CNT catalysts. Computation modeling suggests that the curvature can alter epoxy group geometry, exerting greater strain on the C–O bond in smaller diameter o-CNTs that leads to improved activity. This theoretical prediction is further experimentally validated by five o-CNTs of different diameters but comparable oxygenous groups. The o-CNT with the smallest diameter (8 nm) delivers the highest H2O2 Faradaic efficiency (>85%, or molar selectivity >90%) and a mass activity of 161 A g–1 at 0.65 V. This curvature effect provides a strategy to design and synthesize efficient electrocatalysts for peroxide production and beyond.
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