Plasma-induced defective TiO2-x with oxygen vacancies: A high-active and robust bifunctional catalyst toward H2O2 electrosynthesis

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作者
Kai Dong,Jie Liang,Yuanyuan Wang,Yuchun Ren,Zhaoquan Xu,Haiping Zhou,Lei Li,Qian Liu,Yonglan Luo,Tingshuai Li,Abdullah Mohamed Asiri,Quan Li,Dongwei Ma,Xuping Sun
出处
期刊:Chem catalysis [Elsevier BV]
卷期号:1 (7): 1437-1448 被引量:145
标识
DOI:10.1016/j.checat.2021.10.011
摘要

Achieving high selectivity and production efficiency simultaneously in electrocatalytic H2O2 production to replace the anthraquinone process via two-electron (2e−) oxygen reduction reaction (ORR) and 2e− water oxidation reaction (WOR) is a long-sought-after goal. However, sluggish kinetics and intrinsically unfavored thermodynamics make the electrochemical method still far from practical implementation. Herein, we experimentally demonstrate a high-efficiency two-side H2O2 generation system (WOR//ORR coupling cell) based on an active and stable bifunctional plasma-induced defective TiO2-x nanocatalyst that exhibits dramatically boosted activity/selectivity for both 2e− ORR and 2e− WOR. Such a WOR-ORR coupling strategy enables the H2O2-producing cell to provide an ultrahigh H2O2 yield rate of ∼20 mmol L−1 h−1 and a remarkable cell Faradaic efficiency of up to 134%. In situ Raman spectroscopy results and density functional theory calculations together uncover that oxygen vacancies located at the inner atomic layer and surface distortion are responsible for enhanced 2e− ORR and 2e− WOR performance, respectively.
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