Atomic Pt‐N4 Sites in Porous N‐Doped Nanocarbons for Enhanced On‐Site Chlorination Coupled with H2 Evolution in Acidic Water

材料科学 析氧 吸附 电解 卤化物 解吸 催化作用 化学工程 分解水 电解水 分子 多孔性 纳米孔 无机化学 纳米技术 电化学 物理化学 化学 有机化学 电解质 光催化 复合材料 工程类 电极
作者
Quan Li,Xiangxiong Chen,Jinlong Liu,Sanjun Fan,Bao Yu Xia,Bo You
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (41) 被引量:33
标识
DOI:10.1002/adfm.202307643
摘要

Abstract Acidic water electrolysis (AWE) has the potential to revolutionize green H 2 generation with flexible partial load range, high gas purity, and rapid system response. However, the extensive usage of noble Ru/Ir metals and sluggish oxygen evolution reaction (OER) with inexpensive O 2 products pose significant challenges in anodes. Herein, it is demonstrated that ultralow Pt single atoms in highly porous N‐doped carbons (Pt 1 /p‐NC@CNTs) can effectively catalyze chlorine evolution reaction (CER) for on‐site chlorination to replace OER in AWE, with 200 mV potential saving at 10 mA cm −2 . As a result, various organic halide motifs of pharmaceutical molecules by chlorinating anisole, ketones, and olefins can be realized, along with H 2 coproduction. Combined physicochemical characterizations including synchrotron X‐ray absorption spectroscopy, finite element methodsimulations, and theory calculations indicate that atomic Pt‐N 4 active sites balance the adsorption/desorption of Cl intermediates (Volmer step) and the plentiful porosity of Pt 1 /p‐NC@CNTs with high specific surface area of 313 m 2 g −1 enriches Cl − around active sites (Heyrovský step), collectively promoting the rate‐limiting Volmer–Heyrovský pathway for improved CER.
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