Synergistic Electronic and Pore Structure Modulation in Open Carbon Nanocages Enabling Efficient Electrocatalytic Production of H2O2 in Acidic Medium

纳米笼 材料科学 选择性 碳纤维 化学工程 热解 介孔材料 过氧化氢 电化学 纳米颗粒 催化作用 纳米技术 无机化学 化学 有机化学 物理化学 工程类 复合数 复合材料 电极
作者
Yan Wang,Yitong Zhou,Yi Feng,Xin‐Yao Yu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (17) 被引量:58
标识
DOI:10.1002/adfm.202110734
摘要

Abstract Electrochemical synthesis of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) through 2e – oxygen reduction reaction is an effective approach to replace anthraquinone process. However, most reported electrocatalysts work effectively in alkaline medium in which H 2 O 2 will easily decompose into water. It is still of great challenge to develop cost‐effective electrocatalysts with high activity and selectivity for electrocatalytic H 2 O 2 production in acidic media. Herein, it is first theoretically demonstrated that the adsorption energy of OOH* intermediate on carbon can be optimized by embedding Co nanoparticles (Co NPs) and tuning oxygen‐containing functional groups, ensuring high activity and selectivity. Guided by density functional theory calculations, highly porous open carbon nanocages with embedded Co NPs are designed and synthesized by template‐engaged method. The pyrolysis temperature can effectively modulate the electronic and pore structure of carbon nanocages. Impressively, the optimized carbon nanocages synthesized at 700 °C (P‐Co@C‐700) with highest percentage of –C–O–C group and defects, largest specific surface area (1351 m 2 g –1 ), and mesoporous structure exhibit high selectivity up to 94% toward H 2 O 2 production in 0.1 m HClO 4 . Furthermore, the P‐Co@C‐700 nanocages display promising application for efficient electro‐Fenton degradation of model organic pollutant.
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