Mesoporous Carbon Hollow Spheres as Efficient Electrocatalysts for Oxygen Reduction to Hydrogen Peroxide in Neutral Electrolytes

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作者
Yongyu Pang,Ke Wang,Huan Xie,Yuan Sun,Maria‐Magdalena Titirici,Guoliang Chai
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:10 (14): 7434-7442 被引量:209
标识
DOI:10.1021/acscatal.0c00584
摘要

Hydrogen peroxide is a widely used and important chemical in industry. A two-electron electrochemical oxygen reduction reaction (2e– ORR) is a clean and on-site method for H2O2 production. Here, we report metal-free catalysts (mesoporous carbon hollow spheres, MCHS) for high-efficiency H2O2 production in neutral electrolytes (0.1 M PBS). The selectivity of H2O2 on MCHS catalysts is higher than 90% at a wide range of potentials (0.35–0.62 V), and it can reach 99.9% at a potential of 0.57 V. These catalysts show some of the best performances for H2O2 production in neutral electrolytes. It is preferable to develop H2O2 catalysts in a neutral environment, as the pH of the stabilizers used for H2O2 is also close to neutral. The outstanding activity of our catalyst comes from a combination of factors such as suitable porosity, the content of oxygen functional groups, and the types of different species of oxygen functional groups. First-principles simulations show that a catalyst with suitable mixed oxygen and COOH functional groups plays an important role in the catalytic formation of H2O2. The reported metal-free catalysts are promising catalysts for high-efficiency production of H2O2 in the future.
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