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?大連理工大學(xué)NC:金屬單位點催化劑設(shè)計助力工業(yè)級電流下生產(chǎn)過氧化氫

時間:2023-02-10 來源: 瀏覽:

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第一作者: Peike Cao

通訊作者: 全燮  教授、 Jingguang G. Chen

通訊單位: 大連理工大學(xué)、 哥倫比亞大學(xué)

論文DOI: 10.1038/s41467-023-35839-z

通過雙電子氧還原反應(yīng)直接 電合成過氧化氫 (H 2 O 2 ) 是傳統(tǒng)高能耗蒽醌技術(shù)的可持續(xù)替代方案。然而,設(shè)計具有工業(yè)相關(guān)生產(chǎn)率的高性能和可擴展的電催化劑仍然具有挑戰(zhàn)性,部分原因是對催化劑設(shè)計的原子水平理解不足。 近日,大連理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 全燮 教授 團隊聯(lián)合 哥倫比亞大學(xué)Jingguang G.Chen 在Nature Communications期刊上發(fā)表題為“Metal single-site catalyst design for electrocatalytic production of hydrogen peroxide at industrial-relevant currents 的研究型文章。 他們 利用理論方法,以 *OOH 結(jié)合能作為描述符,來識別用于雙電子氧還原的過渡金屬單中心催化劑。

本文要點
要點1.  作者將理論預(yù)測用作合成所需鈷單中心催化劑的指導(dǎo),該催化劑具有 O- 改性的 Co-( 吡咯烷 N) 4 構(gòu)型,可實現(xiàn)高達 300mA cm -2 的工業(yè)相關(guān)電流密度, H 2 O 2 生產(chǎn)的法拉第效率為 96-100 % ,創(chuàng)下 11527 mmol h -1  g cat -1 的記錄速率。
要點2.  作者展示了使用各種商業(yè)碳和鈷酞菁作為起始材料的金屬單中心催化劑設(shè)計的可行性和多功能性,以及在酸性、中性和堿性電解質(zhì)中 H 2 O 2 電合成的高度適用性。
該工作在未來大規(guī)模 H 2 O 2 制造和原位廢水處理和消毒中表現(xiàn)出有希望的潛力。
Cao, P., Quan, X., Nie, X., et al. Metal single-site catalyst design for electrocatalytic production of hydrogen peroxide at industrial-relevant currents. Nat Commun 14, 172 (2023).
DOI: 10.1038/s41467-023-35839-z
https://doi.org/10.1038/s41467-023-35839-z

來源: 催化計

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