電化學2e- ORR生成H2O2有可能替代高耗能蒽醌(anthraquinone)的技術。但是ORR電催化生成H2O2過程在中性/堿性環境面臨緩慢的反應動力學,這是因為O2*通過質子耦合電子轉移過程生成OOH*非常緩慢。
有鑒于此,浙江大學侯陽教授、南威爾士大學戴黎明教授(美國發明家科學院院士,歐洲科學院院士,澳大利亞科學院院士)等報道開發了將Pd亞納米簇修飾在NiTe2納米片的催化劑Pd SNCs/NiTe2,在電催化合成H2O2反應中表現優異。
本文要點
(1)
合成的Pd SNCs/NiTe2電催化生成H2O2的選擇性達到99 %,起始電勢正向移動0.81 V。通過理論計算和相關實驗研究,發現修飾在NiTe2載體上的Pd亞納米團簇降低了水分子解離的能壘,生成更多質子,促進了反應過程中提供質子。
(2)
Pd SNCs/NiTe2電極構筑的流動相電解槽器件在100 mA cm-2電流密度,能夠以1.75 mmol h-1 cm-2產量生成H2O2,電流效率達到95 %。10 h連續電催化反應能夠得到1.43 mol L-1的H2O2濃度,展示了這種電催化合成H2O2技術的前景。
參考文獻
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