在工业电流密度下使用氧化合的多孔碳催化剂进行过氧化的高效电合成

科学领域:

• 电化学 电化学 电化学
• 材料科学 材料科学 材料科学
• 催化剂是一种催化剂.

背景情况:

• 无金属碳催化剂 (MFCC) 在电催化两电子氧降解 (2e-ORR) 中至关重要,以合成过氧化 (H2O2).
• 氧气兴奋剂增强了MFCC的性能,但最佳的氧功能组 (OFG) 和它们的贡献仍然不清楚.
• 现有的氧化碳催化剂往往缺乏足够的催化活性和选择性.

研究的目的:

• 调查不同氧含量和OFG比率对2e-ORR碳基催化剂性能的影响.
• 为了确定负责H2O2合成中高催化活性的特定OFG.
• 展示优化催化剂在实际电化学应用中的潜力.

主要方法:

• 碳基催化剂的合成与受控的氧气注和不同的OFG成分.
• 使用旋转环盘电极 (RRDE) 试验进行电化学表征.
• 理论计算以阐明催化机制和OFG的作用.
• 在工业相关条件下,在固体电解质流量电池中进行评估.

主要成果:

• 催化剂C-0.1M80,具有特定比例的COOH + C-OH组,表现出很好的2e-ORR活性.
• 在RRDE测试中,C-0.1M80实现了0.795 V的发作潜力,0.6 V对H2O2的98.2%选择性,以及高氧化电流.
• 在流电池中,C-0.1M80在200 mA cm-2下显示了97.5%的法拉第效率,产生了123.7 mg cm-2 h-1的H2O2.2.
• 观察到异常稳定性,在100 mA cm-2下连续运行200小时,平均法拉第效率为95.8%.

结论:

• 炭基 (COOH) 和基 (C-OH) 功能组的组合显著提高了2e-ORR的电催化性能.
• 在碳催化剂中优化氧气兴奋剂可以导致高选择性和过氧化的生产率.
• 开发的催化剂C-0.1M80由于其高效率和稳定性,对工业H2O2生产有很大的前景.