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Polydopamine‐Modified BiOX with Interfacial p‐Orbital Coupling Enhances Superoxide Conversion for Efficient Piezocatalytic H 2 O 2 Production

材料科学 铋 催化作用 联轴节(管道) 氧化还原 过氧化氢 氧化物 光化学 分解水 卤化物 降级(电信) 密度泛函理论 化学工程 激进的 卤化氢 偶联反应 析氧 制氢 质子 电子转移 动能 能量转换效率 质子耦合电子转移 合理设计 氢 化学物理 碳纤维 航程(航空) 无机化学 反应中间体 活化能 羟基自由基 纳米技术 反应速率 能量转换
作者
Chunsheng Ding,Qiwen Su,Xiaowen Ruan,Dongxu Jiao,Hao Cai,Minghua Xu,Wei Zhang,Hongwei Huang,Sai Kishore Ravi,Xiaoqiang Cui
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:15 (45) 被引量:14
标识
DOI:10.1002/aenm.202503493
摘要

Abstract Hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) production via piezocatalysis offers a sustainable route to convert mechanical energy into chemical oxidants using water and oxygen. However, its efficiency is limited by sluggish surface redox kinetics, particularly the conversion of key radical intermediates (•O 2 − and •OH), and by the kinetic mismatch between charge carrier transfer and proton availability. Here, a polydopamine‐modified bismuth oxide halide (BiOX, X = Cl, Br, I) catalyst is reported that achieves a high piezocatalytic H 2 O 2 production rate of 3083 µmol g −1 h −1 and maintains stable activity across a broad pH range (3–9). Spectroscopic analyses and density functional theory calculations reveal that the polydopamine layer introduces interfacial p‐orbital interactions between carbon (from polydopamine) and bismuth sites, which enhance O 2 adsorption, lower the energy barrier for •O 2 − to •OOH conversion, and accelerate water oxidation for proton supply. This synergistic modulation of radical reaction pathways enables efficient and selective H 2 O 2 generation. The as‐produced H 2 O 2 demonstrates practical utility in pollutant degradation and antimicrobial applications. These findings establish a rational strategy for designing piezocatalysts by engineering interfacial orbital coupling to control reaction intermediate dynamics.
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