电化学2e- ORR生成H2O2有可能替代高耗能蒽醌(anthraquinone)的技术。但是ORR电催化生成H2O2过程在中性/碱性环境面临缓慢的反应动力学,这是因为O2*通过质子耦合电子转移过程生成OOH*非常缓慢。
有鉴于此,浙江大学侯阳教授、南威尔士大学戴黎明教授(美国发明家科学院院士,欧洲科学院院士,澳大利亚科学院院士)等报道开发了将Pd亚纳米簇修饰在NiTe2纳米片的催化剂Pd SNCs/NiTe2,在电催化合成H2O2反应中表现优异。
本文要点
(1)
合成的Pd SNCs/NiTe2电催化生成H2O2的选择性达到99 %,起始电势正向移动0.81 V。通过理论计算和相关实验研究,发现修饰在NiTe2载体上的Pd亚纳米团簇降低了水分子解离的能垒,生成更多质子,促进了反应过程中提供质子。
(2)
Pd SNCs/NiTe2电极构筑的流动相电解槽器件在100 mA cm-2电流密度,能够以1.75 mmol h-1 cm-2产量生成H2O2,电流效率达到95 %。10 h连续电催化反应能够得到1.43 mol L-1的H2O2浓度,展示了这种电催化合成H2O2技术的前景。
参考文献
Yan Li, Yingnan Liu, Xianyun Peng, Zilin Zhao, Zhongjian Li, Bin Yang, Qinghua Zhang, Lecheng Lei, Liming Dai, Yang Hou, Accelerated Proton-Coupled Electron Transfer via Engineering Palladium Sub-Nanoclusters for Scalable Electrosynthesis of Hydrogen Peroxide, Angew. Chem. Int. Ed. 2024
DOI: 10.1002/anie.202413159
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202413159