Carbon Free and Noble Metal Free Ni 2 Mo 6 S 8 Electrocatalyst for Selective Electrosynthesis of H 2 O 2

电催化剂 材料科学 电合成 无机化学 催化作用 水溶液 电化学 结晶学 电极 物理化学 化学 有机化学
作者
Fan Xia,Bomin Li,Yiqi Liu,Yuzi Liu,Siyuan Gao,Ke Lu,Jacob Kaelin,Rongyue Wang,Tobin J. Marks,Yingwen Cheng
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (47) 被引量:65
标识
DOI:10.1002/adfm.202104716
摘要

Abstract Electrocatalytic two‐electron reduction of oxygen is a promising method for producing sustainable H 2 O 2 but lacks low‐cost and selective electrocatalysts. Here, the Chevrel phase chalcogenide Ni 2 Mo 6 S 8 is presented as a novel active motif for reducing oxygen to H 2 O 2 in an aqueous electrolyte. Although it has a low surface area, the Ni 2 Mo 6 S 8 catalyst exhibits exceptional activity for H 2 O 2 synthesis with >90% H 2 O 2 molar selectivity across a wide potential range. Chemical titration verified successful generation of H 2 O 2 and confirmed rates as high as 90 mmol H 2 O 2 g cat −1 h −1 . The outstanding activities are attributed to the ligand and ensemble effects of Ni that promote H 2 O dissociation and proton‐coupled reduction of O 2 to HOO*, and the spatial effect of the Chevrel phase structure that isolates Ni active sites to inhibit OO cleavage. The synergy of these effects delivers fast and selective production of H 2 O 2 with high turn‐over frequencies of ≈30 s −1 . In addition, the Ni 2 Mo 6 S 8 catalyst has a stable crystal structure that is resistive for oxidation and delivers good catalyst stability for continuous H 2 O 2 production. The described Ni‐Mo 6 S 8 active motif can unlock new opportunities for designing Earth‐abundant electrocatalysts to tune oxygen reduction for practical H 2 O 2 production.
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