Sulfur-Doped Defective Nanocarbons Derived from Fullerenes as Electrocatalysts for Efficient and Selective H2O2 Electroproduction

催化作用 硫黄 富勒烯 电催化剂 杂原子 碳纤维 掺杂剂 化学 热解 纳米材料 电化学 材料科学 无机化学 光化学 纳米技术 兴奋剂 电极 有机化学 物理化学 戒指(化学) 光电子学 复合材料 复合数
作者
Wangqiang Shen,Chang Zhang,Xinyu Wang,Yuzhong Huang,Zhiling Du,Muneerah Alomar,Junjie Wang,Jun Lv,Jian Zhang,Xing Lü
出处
期刊:ACS materials letters [American Chemical Society]
卷期号:6 (1): 17-26 被引量:27
标识
DOI:10.1021/acsmaterialslett.3c01036
摘要

Carbon nanomaterials have shown attractive application prospects for efficient electrocatalysis for two-electron oxygen reduction reaction (2e– ORR) toward hydrogen peroxide (H2O2) electroproduction. By synthesizing sulfur-doped defective nanocarbons (S-DNC) through direct pyrolysis in the presence of sulfur, utilizing fullerene (C60) as the precursor, we achieved promising results. The as-obtained S-DNC catalyst demonstrated a high ORR onset potential of 0.78 V and high selectivity toward the 2e– pathway (∼90%). Importantly, when used as the cathode catalyst in a H cell, the S-DNC electrode exhibited impressive features such as a high H2O2 yield rate (690 mg L–1 h–1), quantitative faradic efficiency (∼100%), and rapid organic pollutant degradation rate. Theoretical calculations revealed that the combination of pentagon defects and sulfur dopants synergistically promoted the activation of the O2 molecule and facilitated the desorption of oxygen intermediates. This discovery significantly contributes to the understanding and advancement of carbon-based catalysts for efficient electroproduction of H2O2 by incorporating heteroatom dopants and topological pentagon defects synergistically.
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