Tafel Analysis Guided Optimization of ZnNP-O-C Catalysts for the Selective 2-Electron Oxygen Reduction Reaction in Neutral Media

塔菲尔方程 催化作用 吸附 电化学 化学 氧气 解吸 选择性 无机化学 纳米颗粒 化学工程 材料科学 纳米技术 物理化学 电极 有机化学 工程类
作者
Sixie Zhang,Wenwen Xu,Peilei He,Xu Chen,Linfeng Su,Tengfei Ma,Zhiyi Lu
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:13 (15): 3409-3416 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.2c00526
摘要

The lack of characterizations of the adsorption capability toward intermediates during reactions causes difficulties in determining the structural optimization principle of the catalysts for the 2-electron oxygen reduction reaction (2e- ORR). Here, a Tafel-θ method is proposed to evaluate the surface coverage (θ) of important intermediates (*OOH and *OH) on the material surface and further help optimize the catalyst. With the assistance of Tafel-θ analysis, a Zn nanoparticle incorporated oxygen-doped carbon (ZnNP-O-C) catalyst with high 2e- ORR performance (onset of ∼0.57 V and selectivity of >90.4%) in neutral media was achieved. Both the theoretical calculation and characterization results are consistent with the Tafel-θ deduction, revealing that an appropriate ratio of Zn nanoparticles and bridging O can optimize the *OOH adsorption/desorption strength of the adjacent carbon site. This study not only provides an advanced ZnNP-O-C catalyst for electrochemical H2O2 production but also proposes a fast and precise method for the comprehensive assessment of future catalysts.

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