Monomolecule Coupled to Oxygen‐Doped Carbon for Efficient Electrocatalytic Hydrogen Peroxide Production

催化作用 材料科学 堆积 碳纤维 过氧化氢 选择性 无机化学 酞菁 氧气 分子 电化学 化学工程 纳米技术 化学 有机化学 物理化学 电极 复合数 工程类 复合材料
作者
Yanyan Liu,Shuling Liu,Jianchun Jiang,Xuedan Wei,Keke Zhao,Ruofan Shen,Xiaopeng Wang,Min Wei,Yongfeng Wang,Huan Pang,Baojun Li
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202502197
摘要

The electrocatalytic production of hydrogen peroxide (H2O2) is an ideal alternative for the industrial anthraquinone process because of environmental friendliness and energy efficiency, depending on the activity and selectivity of catalysts. Carbon-based materials possess prospects as candidate catalysts for the production of H2O2. Herein, cedar-derived monolithic carbon catalysts modified with coupling oxygen doping and phthalocyanine molecules are synthesized. Cobalt phthalocyanine (CoPc) molecules are introduced onto the carbon surface to construct monomolecular active sites via π-π stacking. The electronic structure of CoPc is modulated by oxygen doping on carbon substrates, mediated by monomolecular π-π stacking. A synergistic effect optimally modulated the interaction between CoPc and key intermediate to H2O2. The energy barrier for oxygen reduction is reduced to optimize the selectivity to H2O2. CoPc@OCW provided up to 99% selectivity to H2O2 at 0.7 V versus RHE. In a three-phase flow cell, CoPc@OCW achieved an H2O2 yield up to 10.4 mol·g-1·h-1 at 0.2 V versus RHE with stable running for 24 h. The advantages of carbon-based catalysts including the adjustable chemical structure depending on π-π stacking and electronic structure of carbon atoms through oxygen doping improved the catalytic performances in the production of H2O2. This proof-to-concept research demonstrates the potential application of carbon-based molecular catalysts for electrochemical synthesis.
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