Direct electrosynthesis of pure aqueous H 2 O 2 solutions up to 20% by weight using a solid electrolyte

过氧化氢 电合成 电解质 水溶液 化学 无机化学 电化学电池 电化学 电极 有机化学 物理化学
作者
Chuan Xia,Xia Yang,Peng Zhu,Lei Fan,Haotian Wang
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:366 (6462): 226-231 被引量:694
标识
DOI:10.1126/science.aay1844
摘要

Hydrogen peroxide (H2O2) synthesis generally requires substantial postreaction purification. Here, we report a direct electrosynthesis strategy that delivers separate hydrogen (H2) and oxygen (O2) streams to an anode and cathode separated by a porous solid electrolyte, wherein the electrochemically generated H+ and HO2- recombine to form pure aqueous H2O2 solutions. By optimizing a functionalized carbon black catalyst for two-electron oxygen reduction, we achieved >90% selectivity for pure H2O2 at current densities up to 200 milliamperes per square centimeter, which represents an H2O2 productivity of 3.4 millimoles per square centimeter per hour (3660 moles per kilogram of catalyst per hour). A wide range of concentrations of pure H2O2 solutions up to 20 weight % could be obtained by tuning the water flow rate through the solid electrolyte, and the catalyst retained activity and selectivity for 100 hours.
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