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

过氧化氢 电解质 介孔材料 催化作用 无机化学 化学 材料科学 金属 选择性 碳纤维 化学工程 氧气 电化学 电极 有机化学 复合数 复合材料 物理化学 工程类
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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