目前,约95%的H2O2是通过蒽醌法合成的,这种方法耗能大,耗时长,并产生许多副产物。 电化学氧还原反应(ORR)是一种多电子反应,可以通过四电子途径形成H2O或通过双电子途径形成H2O2。 两种途径的反应机理都涉及*OOH反应中间体,产物是H2O还是H2O2取决于O-O键的还原程度,*OOH的单电子还原导致选择性产生H2O2,但进一步还原为H2O。 因此,合理设计具有适当键合强度的催化剂是实现H2O2高效选择性的关键。 基于此,张翠娟,天津大学跟邹继军采用简单的光化学金属-有机沉积法在碳纳米片上制备了无定形NiOX,该方法对2E-orr制备H2O2具有较高的活性和选择性。
研究人员系统地研究了 0催化剂在1 M KOH中的晶体结构、微观结构和2电子氧还原反应(2E-ORR)活性的变化。 结果表明,非晶NiOX对2E-ORR具有高效和选择性,起始电位为076 VRHE,H2O2选择性为91%,在015-0.在 60 V 的宽电位范围内,电子转移次数约为 2 次2.性能优于大多数用于2E-orr的金属氧化物基催化剂。 此外,该特性与碳纳米片的介孔结构密切相关。
实验结果和密度泛函理论(DFT)计算表明,*OOH中间体更容易通过终止吸附在无定形Niox-C上,从而促进2E-ORR过程。 无定形Niox-C倾向于通过2E-过程以较低的过电位生成Ho2-,从而产生更高的H2O2选择性。 本研究设计了金属氧化物的结晶度和碳载体的孔隙结构,以提高其催化性能,为开发高性能、高性价比的2E-orr电催化剂提供了思路。
amorphous nickel oxides supported on carbon nanosheets as high-performance catalysts for electrochemical synthesis of hydrogen peroxide. acs catalysis, 2022. doi: 10.1021/acscatal.2c01829