Operando Elucidation of Electrocatalytic and Redox Mechanisms on a 2D Metal Organic Framework Catalyst for Efficient Electrosynthesis of Hydrogen Peroxide in Neutral Media

电合成 化学 催化作用 氧化还原 无机化学 法拉第效率 可逆氢电极 过氧化氢 电催化剂 过电位 电化学 旋转环盘电极 电解质 吸附 光化学 电极 工作电极 有机化学 物理化学
作者
R. Dominic Ross,Hongyuan Sheng,Yujia Ding,Aurora N. Janes,Dawei Feng,J. R. Schmidt,Carlo U. Segre,Song Jin
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (34): 15845-15854 被引量:48
标识
DOI:10.1021/jacs.2c06810
摘要

The practical electrosynthesis of hydrogen peroxide (H2O2) is hindered by the lack of inexpensive and efficient catalysts for the two-electron oxygen reduction reaction (2e- ORR) in neutral electrolytes. Here, we show that Ni3HAB2 (HAB = hexaaminobenzene), a two-dimensional metal organic framework (MOF), is a selective and active 2e- ORR catalyst in buffered neutral electrolytes with a linker-based redox feature that dynamically affects the ORR behaviors. Rotating ring-disk electrode measurements reveal that Ni3HAB2 has high selectivity for 2e- ORR (>80% at 0.6 V vs RHE) but lower Faradaic efficiency due to this linker redox process. Operando X-ray absorption spectroscopy measurements reveal that under argon gas the charging of the organic linkers causes a dynamic Ni oxidation state, but in O2-saturated conditions, the electronic and physical structures of Ni3HAB2 change little and oxygen-containing species strongly adsorb at potentials more cathodic than the reduction potential of the organic linker (Eredox ∼ 0.3 V vs RHE). We hypothesize that a primary 2e- ORR mechanism occurs directly on the organic linkers (rather than the Ni) when E > Eredox, but when E < Eredox, H2O2 production can also occur through Ni-mediated linker discharge. By operating the bulk electrosynthesis at a low overpotential (0.4 V vs RHE), up to 662 ppm of H2O2 can be produced in a buffered neutral solution in an H-cell due to minimized strong adsorption of oxygenates. This work demonstrates the potential of conductive MOF catalysts for 2e- ORR and the importance of understanding catalytic active sites under electrochemical operation.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
pluto应助DDDOG采纳,获得10
刚刚
诚心的香水完成签到,获得积分20
2秒前
3秒前
鲤鱼完成签到 ,获得积分10
3秒前
Owen应助taizaizi采纳,获得30
4秒前
6秒前
6秒前
8秒前
8秒前
繁荣的青旋完成签到,获得积分10
9秒前
SciGPT应助guxue采纳,获得10
9秒前
zho发布了新的文献求助10
10秒前
10秒前
10秒前
77完成签到 ,获得积分10
11秒前
舒心靖琪完成签到 ,获得积分10
11秒前
13秒前
14秒前
15秒前
16秒前
甘楽发布了新的文献求助10
16秒前
ls完成签到,获得积分10
20秒前
Hello应助甘楽采纳,获得10
20秒前
DrWang完成签到,获得积分10
20秒前
Solar energy完成签到,获得积分10
21秒前
21秒前
22秒前
思源应助清晨牛采纳,获得10
22秒前
大模型应助Mr.Left采纳,获得10
23秒前
LLY完成签到,获得积分10
23秒前
26秒前
朗源Wu给朗源Wu的求助进行了留言
27秒前
shuyi完成签到 ,获得积分10
28秒前
科研通AI5应助飞翔的翅膀采纳,获得10
30秒前
00发布了新的文献求助10
33秒前
yj完成签到,获得积分10
35秒前
充电宝应助朝闻道采纳,获得10
36秒前
苏夏完成签到 ,获得积分10
36秒前
有魅力强炫完成签到,获得积分10
38秒前
39秒前
高分求助中
【此为提示信息,请勿应助】请按要求发布求助,避免被关 20000
Technologies supporting mass customization of apparel: A pilot project 450
Mixing the elements of mass customisation 360
Периодизация спортивной тренировки. Общая теория и её практическое применение 310
the MD Anderson Surgical Oncology Manual, Seventh Edition 300
Nucleophilic substitution in azasydnone-modified dinitroanisoles 300
Political Ideologies Their Origins and Impact 13th Edition 260
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 计算机科学 化学工程 内科学 复合材料 物理化学 电极 遗传学 量子力学 基因 冶金 催化作用
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3781487
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3327136
关于积分的说明 10229537
捐赠科研通 3041969
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1669742
邀请新用户注册赠送积分活动 799258
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 758757