Light-Driven Fuel Cell with a 2D/3D Hierarchical CuS@MnS Z-Scheme Catalyst for H2O2 Generation

材料科学 催化作用 燃料电池 化学工程 方案(数学) 纳米技术 结晶学 化学 有机化学 数学 工程类 数学分析
作者
Lijun Yang,Ao Zhang,Lei Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (15): 18951-18961 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acsami.3c00578
摘要

A photoelectrocatalytic (PEC) oxygen reduction reaction (ORR) strategy with fuel-efficient and cost-effective catalysts for on-demand hydrogen peroxide (H2O2) production is booming as an attractive alternative to the conventional anthraquinone process. Herein, we constructed a novel two-dimensional (2D)/three-dimensional (3D) hierarchical CuS@MnS p-p Z-scheme catalyst with full spectrum absorption and strong coupling interface by regulating the crystal structure, morphology, and photocharge transfer mechanism, which was used as a photocathode for PEC synthesis of H2O2 with a yield of 1.65 mM within 180 min. Taking advantage of a coupling strategy with Sn3O4/Ni foam, the as-prepared two-compartment cell with water oxidation reaction and ORR exhibited boosted activity and stability for the dual production of H2O2. An energy-saving H2O2 generation system was also constructed with a direct hydrazine/O2 fuel cell, realizing the significant advantage in reducing electricity consumption during the H2O2 synthesis. Moreover, the onsite generation of H2O2 remarkably accelerated the degradation of pollutants via a cascade heterogeneous Fenton reaction with a Fe anode. This work provides a new strategy for designing a multifunctional PEC system for the production of high-value chemicals, energy recovery, and pollutant degradation.
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