Charge state modulation on boron site by carbon and nitrogen localized bonding microenvironment for two-electron electrocatalytic H2O2 production

电化学 化学 催化作用 碳纤维 氮气 电催化剂 化学工程 无机化学 材料科学 光化学 电极 物理化学 有机化学 复合数 工程类 复合材料
作者
Tingting Zhang,Yin Wang,Xiangyang Li,Quan Zhuang,Zixuan Zhang,Hong Zhou,Qin Ding,Yingqi Wang,Yuxin Dang,Limei Duan,Jinghai Liu
出处
期刊:Chinese Chemical Letters [Elsevier BV]
卷期号:34 (5): 107596-107596 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.cclet.2022.06.019
摘要

Design of electrochemical active boron (B) site at solid materials to understand the relationships between the localized structure, charge state at the B site and electrocatalytic activity plays a crucial role in boosting the green electrochemical synthesis of hydrogen peroxide (H2O2) via two-electron oxygen reduction (2eORR) pathway. Herein, we demonstrate a carbon (C) and nitrogen (N) localized bonding microenvironment to modulate the charge state of B site at the boron-carbon nitride solid (BCNs) to realize the efficient selective electrocatalytic H2O2 production. The localized chemical structure of N-B-N, N-B-C and C-B-C bonds at B site can be regulated through solid-state reaction between boron nitride (BN) and porous carbon (C) at variable temperatures. The optimized BCN-1100 achieves an outstanding H2O2 selectivity of 89% and electron transfer number of 2.2 (at 0.55 V vs. RHE), with the production of 10.55 mmol/L during 2.5 h and the catalytic stability duration for 15000 cycles. Further first-principles calculations identified the dependency of localized bonding microenvironment on the OOH* adsorption energies and relevant charge states at the boron site. The localized structure of B site with BNC2-Gr configuration is predicted to be the highest 2eORR activity.

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