Highly efficient paired H2O2 production through 2e− water oxidation coupled with 2e− oxygen reduction

法拉第效率 电催化剂 电化学 析氧 氧气 过氧化氢 化学 无机化学 阳极 阴极 氧化物 催化作用 化学工程 材料科学 电极 有机化学 物理化学 工程类 生物化学
作者
Zhaolei Wang,Xiaoyong Duan,Marshet Getaye Sendeku,Weiwei Xu,S. H. Chen,Benqiang Tian,Wenqin Gao,Fengmei Wang,Yun Kuang,Xiaoming Sun
出处
期刊:Chem catalysis [Elsevier]
卷期号:3 (7): 100672-100672 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.checat.2023.100672
摘要

Electrochemical hydrogen peroxide (H2O2) synthesis from water and air via two-electron (2e−) water oxidation or oxygen reduction reactions could provide a sustainable route for on-site H2O2 production. Unfortunately, the electrochemical H2O-to-H2O2 process usually suffers from limited selectivity under high current density. Here, we present an atomic Ni-doped TiO2 electrocatalyst that enables H2O2 production through 2e− water oxidation with high Faradaic efficiency of 70% at ∼300 mA cm−2. Furthermore, when paired with the 2e− oxygen reduction reaction using the oxidized carbon nanotube cathode, as high as 146% Faradaic efficiency for H2O2 is achieved at 240 mA in a full flow cell device. Moreover, this device could be operated for modular H2O2 synthesis with a production rate of 109.12 μmol min−1 (i.e., 3.7 mg min−1). This work demonstrates the atomically controlled metal oxide electrocatalyst for harsh anodic H2O to H2O2 and the practical applicability for the on-site H2O2 production from earth-abundant resources.
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