Hydrogen Radical Enabling Industrial‐Level Oxygen Electroreduction to Hydrogen Peroxide

化学 过氧化氢 草酸 钴 电化学 选择性 无机化学 电催化剂 光化学 催化作用 有机化学 电极 物理化学
作者
Song Xue,Xiaohui Li,Yuanyuan Sun,Wangyang Cui,Fengliang Cao,Zhisheng Cao,Yin Hui Huang,Mingzheng Shao,Zhongtao Li,Linjie Zhi
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (7): e202420063-e202420063 被引量:19
标识
DOI:10.1002/anie.202420063
摘要

Abstract The electrochemical synthesis of hydrogen peroxide from oxygen and water, powered by renewable electricity, provides a highly attractive alternative to the energy‐intensive autoxidation process presently used in industry, but much remains unknown about this two‐electron oxygen reduction reaction (2e‐ORR), especially the local proton effect. Here, we have investigated the function of hydrogen‐associated intermediates in the 2e‐ORR using a rationally designed cooperative electrode material with cobalt (II) clusters embedded onto the oxidized carbon nanotube composites (Co‐OCNT). We found that the local proton availability can determine both the reaction kinetics and selectivity. A 2e‐ORR process involving hydrogen radical transfer is confirmed. Specifically, the carbon sites from the OCNTs promote proton production, and the cobalt sites from the Co cluster facilitate ORR intermediate formation. The high local proton availability and the cooperative dual‐active sites both contribute to the superior reaction kinetics and selectivity of the Co‐OCNT, reaching an H 2 O 2 production rate of ~40.6 mol g cat −1 h −1 and a faradaic efficiency of 90 % at a current density of 300 mA cm −2 . Further cascading the 2e‐ORR with the electro‐Fenton process shows a high selectivity of oxalic acid up to 97 % for the valorization of ethylene glycol.
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