水氧化为过氧化,通过超空气性石墨催化剂
Umer Javed1,2, Mike Tebyetekerwa1,2, Cheng Tang3,4
1UQ Dow Centre for Sustainable Engineering Innovation, School of Chemical Engineering, The University of Queensland, St Lucia, Brisbane, Queensland, 4072, Australia.
这项研究介绍了一种新的石墨催化剂,通过两电子水氧化反应 (2e-WOR) 通过高效的过氧化 (H2O2) 生产. 兴奋剂提高了催化剂的性能,使选择性H2O2产生和有价值的化学联合生产的潜力.
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:
- 产生过氧化 (H2O2) 的两电子水氧化反应 (2e-WOR) 是电化学细胞的一个有前途的阳极反应,可以与有价值的阴极反应配对.
- 为2e-WOR开发高性能和可靠的阳极催化剂仍然是一个重大挑战.
- 现有的石墨催化剂在电解质环境中具有较低的活性和较低的O2结合,阻碍了H2O2生成率.
研究的目的:
- 为了合理设计一个廉价的,坚固的,选择性的石墨催化剂电极,以实现高效的2e-WOR.
- 研究提高基于石墨的2e-WOR催化剂的活性和选择性的策略.
- 证明价值化学品的联合生产潜力,例如H2,与H2O2.2一起.
主要方法:
- 创建一个有机 graphite 电极以保留生成的 O2 在表面上,转移中间结合向 H2O2 生产.
- 石墨的元素兴奋剂 (N,S,B,P) 提高了催化活性和选择性,同时保持了O2的保留.
- 合石墨催化剂的电化学表征和稳定性测试.
主要成果:
- 最初的空友石墨显示H2O2选择性增加了七倍,但速度的改善有限.
- 经过优化辅助的石墨催化剂实现了H2O2生产的最大法拉第效率60.6±2.6%.
- B-化催化剂表现出高生产率 (26.7 ± 0.6 μmol min-1 cm-2) 和出色的稳定性 (>120 h),同时H2联合生产FE>90%.
结论:
- 一个合理的设计策略,包括机友性和元素兴奋剂,有效地增强了对选择性2e-WOR的石墨催化剂.
- 开发的辅助石墨催化剂为H2O2生产提供了具有成本效益和强大的解决方案.
- 这种方法突出了电化学系统中综合化学联合生产的潜力.
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