Strong Metal–Support Interaction Boosts Activity, Selectivity, and Stability in Electrosynthesis of H2O2

化学 过电位 电合成 选择性 覆盖层 催化作用 电化学 氧化物 贵金属 吸附 化学工程 金属 无机化学 电催化剂 光化学 物理化学 电极 有机化学 工程类
作者
Junming Zhang,Jun Ma,Tej S. Choksi,Daojin Zhou,Shaobo Han,Yen‐Fa Liao,Hong Bin Yang,Dong Liu,Zhiping Zeng,Wei Liu,Xiaoming Sun,Tianyu Zhang,Bin Liu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (5): 2255-2263 被引量:162
标识
DOI:10.1021/jacs.1c12157
摘要

Noble metals have an irreplaceable role in catalyzing electrochemical reactions. However, large overpotential and poor long-term stability still prohibit their usage in many reactions (e.g., oxygen evolution/reduction). With regard to the low natural abundance, the improvement of their overall electrocatalytic performance (activity, selectivity, and stability) was urgently necessary. Herein, strong metal-support interaction (SMSI) was modulated through an unprecedented time-dependent mechanical milling method on Pd-loaded oxygenated TiC electrocatalysts. The encapsulation of Pd surfaces with reduced TiO2-x overlayers is precisely controlled by the mechanical milling time. This encapsulation induced a valence band restructuring and lowered the d-band center of surface Pd atoms. For hydrogen peroxide electrosynthesis through the two-electron oxygen reduction reaction (ORR), these electronic and geometric modifications resulted in optimal adsorption energies of reaction intermediates. Thus, SMSI phenomena not only enhanced electrocatalytic activity and selectivity but also created an encapsulating oxide overlayer that protected the Pd species, increasing its long-term stability. This SMSI induced by mechanical milling was also extended to other noble metal systems, showing great promise for the large-scale production of highly stable and tunable electrocatalysts.
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