适应碳纳米管的原子局部环境 选择性H2O2电合成在高电流密度的技巧
Yongde Long1, Jinguo Lin2, Fenghui Ye1
1State Key Laboratory of Organic-Inorganic Composites, College of Chemical Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing, 100029, China.
Advanced materials (Deerfield Beach, Fla.)
|August 3, 2023
概括
这项研究提出了一种创新的方法,用于制造无金属电催化剂的和硫丰富的碳纳米管尖端. 这些催化剂在产生过氧化方面表现出高效率,甚至使用空气作为氧气来源.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 催化剂是一种催化剂.
背景情况:
- 催化场的原子环境对于调整碳基无金属电催化剂 (C-MFEC) 的性能至关重要.
- 通过精确控制的活性位点合成C-MFEC仍然具有挑战性,原因是目前方法的局限性和缺乏机械理解.
研究的目的:
- 提出一个碳纳米管 (CNT) 在球磨过程中裂变的机制,产生可功能化的尖端.
- 为了实现精确的原子环境调制在CNT尖端,以增强电催化活性.
- 为生产过氧化 (H2O2) 开发高效的C-MFEC.
主要方法:
- 碳纳米管 (CNT) 的球磨,在交叉点诱导裂变,产生丰富的尖端.
- 用异质原子 (和硫) 修改CNT尖端,以产生富含N,S的CNT尖端 (N,S-TCNTs).
- 在H2O2生成的流电池系统中对N,S-TCNTs的电化学评估,包括在空气下作为氧气源的性能和在固体电解仪中的长期稳定性测试.
主要成果:
- 通过滚球磨粉提出了一种通过滚球磨粉进行CNT裂变的机制,从而产生具有高度可修改尖端的CNT.
- N,S-TCNTs具有很大的潜能窗口 (0.59 V) 和高的H2O2选择性 (>90.0%).
- 使用空气,N,S-TCNTs催化剂实现了30.37 mol gcat.-1 h-1 @350 mA cm-2的高H2O2生产率,超过了大多数报告的C-MFECs.
- 使用N,S-TCNTs的固体电解器证明了连续生成H2O2的高生产率 (4.35 mmol cm-2 h-1 @300 mA cm-2) 超过300小时.
结论:
- 功能化的CNT提示为精确控制C-MFEC的原子环境提供了一个有希望的策略.
- 开发的N,S-TCNTs对于高效和选择性的H2O2生产非常有效.
- 该方法具有超出H2O2生成的实际应用的巨大潜力,展示了功能化的CNTs的多功能性.
