N,F-Codoped Carbon Nanocages: An Efficient Electrocatalyst for Hydrogen Peroxide Electroproduction in Alkaline and Acidic Solutions

纳米笼 催化作用 电催化剂 过氧化氢 法拉第效率 化学 吸附 无机化学 碳纤维 解吸 材料科学 电化学 物理化学 有机化学 电极 复合材料 复合数
作者
Nan Jia,Ting Yang,Shufeng Shi,Xinbing Chen,Zhongwei An,Yu Chen,Shiwei Yin,Pei Chen
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:8 (7): 2883-2891 被引量:108
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.9b07047
摘要

Exploiting efficient electrocatalysts for hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) electroproduction by oxygen reduction reaction (ORR) is highly desired in practical application. Herein, nitrogen- and fluoride-codoped carbon nanocages (NF-Cs) are successfully synthesized through a simple and scalable template method. With the aid of a porous structure, a large surface area, and the introduction of N and F atoms, NF-Cs show excellent electrocatalytic performance for H 2 O 2 electroproduction in alkaline solution (pH 13) with a faradaic efficiency of 89.6% at very positive applied potential (0.74 V). In acid solution (pH 0.35), the faradaic efficiency of H 2 O 2 electroproduction stably maintains at 85%–88% in the range of 0.4–0.72 V potential. The experimental and theoretical results reveal that the strong synergistic effect between the doped N and F atoms facilitate the H 2 O 2 electroproduction through 2e ORR. That is, the doped N atoms promote O 2 molecule adsorption on the catalyst surface, and the F atoms facilitate the desorption of the *OOH intermediate, which is the key factor for the NF-Cs efficiently catalyzing H 2 O 2 electroproduction. These results provide beneficial references for reasonably designing effective carbon-based electrocatalysts for H 2 O 2 electroproduction.
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