Optimizing Heteroatom Doping for Efficient Hydrogen Peroxide Production via Oxygen Reduction

过氧化氢 杂原子 催化作用 选择性 碳纤维 热解 化学 电催化剂 化学工程 无机化学 电化学 材料科学 有机化学 物理化学 复合材料 电极 工程类 复合数 戒指(化学)
作者
Yi Wang,Yuxin Wang,Jin Zhao,Tao Tang,Baoliang Lv,Yuhong Chang,Tianjun Hu,Junming Zhang,Ergui Luo,Jianfeng Jia
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:12 (18): 6982-6989 被引量:21
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.4c00036
摘要

Electrocatalytic oxygen reduction has emerged as a promising and environmentally sustainable method for the on-site production of hydrogen peroxide (H2O2). Herein, we designed and synthesized a series of porous carbon materials (SNC) with varied N and S doping ratios by using a facile pyrolysis method. Among them, the optimized catalyst exhibits excellent activity (2.1 mA cm–2 at 0.2 V) for the two-electron oxygen reduction reaction (2e– ORR) with high H2O2 selectivity of 68%. Carbon atoms near graphite N are revealed as the main active centers for 2e– ORR catalysis. The impressive performance is attributed to the abundant graphitic N sites, the advanced porous structure resulting from S atom stripping, and the electronic effect caused by S codoping. This work highlights the importance of comprehensive optimization of activity and selectivity in designing 2e– ORR catalysts and presents a facile and low-cost method for preparing heteroatom-doped carbon materials.
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