Seawater Electrosynthesis of Hydrogen Peroxide at Industrial‐level Current Densities Enabled by Pentagonal Defect‐Rich Nanocarbon with Chlorine Doping

海水 材料科学 催化作用 电催化剂 过氧化氢 无机化学 电化学 化学工程 电合成 兴奋剂 电解质 碳纤维 法拉第效率 氧化还原 析氧 产量(工程) 电流密度 多金属氧酸盐 卤化物 阴极保护 电极 氧气 可逆氢电极 电解水 分解水 富勒烯
作者
Hongshang Hu,Chang Zhang,Huiyao Qi,Lilong Zhang,Muneerah Alomar,Lipiao Bao,Xing Lu,Jian Zhang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (3): e12138-e12138 被引量:12
标识
DOI:10.1002/anie.202512138
摘要

Abstract The electrosynthesis of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) via two‐electron oxygen reduction reaction (2e – ORR) in seawater shows great prospects. However, designing an electrocatalyst with high activity and selectivity, resistance to seawater corrosion, and even stable operation at industrial currents (≥300 mA cm −2 ), remains a critical challenge. In this work, we report a pentagonal defect‐rich nanocarbon with chlorine‐doping (Cl‐PDC) by tailoring fullerene (C 60 ) precursors via the molten salt method. The as‐prepared Cl‐PDC catalyst achieves a record H 2 O 2 yield of 74.61 mol g cat −1 h −1 at a current density of 800 mA cm −2 with a nearly 100% Faradaic efficiency, outperforming among all previously reported catalysts in simulated seawater or neutral environments. Remarkably, the Cl‐PDC‐based electrode maintains operational stability over 400 h in simulated seawater, and enables rapid disinfection and pollutant degradation. Theoretical calculations and experimental analysis reveal that the synergy between the intrinsic pentagonal defects and Cl doping modulates the electronic structure of the carbon framework, optimizing *OOH intermediate adsorption, and introduces the localized negative charge to suppress Cl − poisoning at active sites. This work paves the way for sustainable seawater H 2 O 2 production and marine environmental protection.
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