Active Oxygen Functional Group Modification and the Combined Interface Engineering Strategy for Efficient Hydrogen Peroxide Electrosynthesis

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作者
Chang Li,Chaoquan Hu,Yang Song,Yi‐Meng Sun,Weisheng Yang,Meng Ma
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (41): 46695-46707 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acsami.2c14780
摘要

Cathodic catalytic activity and interfacial mass transfer are key factors for efficiently generating hydrogen peroxide (H2O2) via a two-electron oxygen reduction reaction (ORR). In this work, a carbonized carboxymethyl cellulose (CMC)-reduced graphene oxide (rGO) synthetic fabric cathode was designed and constructed to improve two-electron ORR activity and interfacial mass transfer. Carbonized CMC exhibits abundant active carboxyl groups and excellent two-electron ORR activity with an H2O2 selectivity of approximately 87%, higher than that of rGO and other commonly used carbonaceous catalysts. Carbonizing CMC and the agglomerates formed from it restrain the restacking of rGO sheets and thus create abundant meso/macroporous channels for the interfacial mass transfer of oxygen and H2O2. Thus, the as-constructed carbonized CMC-rGO synthetic fabric cathode exhibits exceptional H2O2 electrosynthesis performance with 11.94 mg·h-1·cm-2 yield and 82.32% current efficiency. The sufficient active sites and mass-transfer channels of the cathode also ensure its practical application performance at high current densities, which is further illustrated by the rapid organic pollutant degradation via the H2O2-based electro-Fenton process.
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