Accelerated Proton‐Coupled Electron Transfer via Engineering Palladium Sub‐Nanoclusters for Scalable Electrosynthesis of Hydrogen Peroxide

电合成 纳米团簇 过氧化氢 电子转移 光化学 化学 质子耦合电子转移 质子 电子 材料科学 纳米技术 催化作用 电化学 有机化学 物理化学 物理 电极 量子力学
作者
Yan Li,Yingnan Liu,Xianyun Peng,Zilin Zhao,Zhongjian Li,Bin Yang,Qinghua Zhang,Lecheng Lei,Liming Dai,Yang Hou
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/ange.202413159
摘要

Electrosynthesis of H2O2 from oxygen reduction reaction via a two‐electron pathway is vital as an alternative for the energy‐intensive anthraquinone process. However, this process is largely hindered in neutral and alkaline conditions due to sluggish kinetics associated with the transformation of intermediate O2* into OOH* via proton‐coupled electron transfer sourced from slow water dissociation. Herein, we developed Pd sub‐nanoclusters on the nickel ditelluride nanosheets (Pd SNCs/NiTe2) to enhance the performance of H2O2 electrosynthesis. The newly‐developed Pd SNCs/NiTe2 exhibited a H2O2 selectivity of as high as 99% and a positive shift of onset potential up to 0.81 V. Combined theoretical calculations and experimental studies (e.g., X‐ray absorption and attenuated total reflectance‐Fourier transform infrared spectra measurements) revealed that the Pd sub‐nanoclusters supported by NiTe2 nanosheets efficiently reduced the energy barrier of water dissociation to generate more protons, facilitating the proton feeding kinetics. When used in a flow cell, Pd SNCs/NiTe2 cathode efficiently produced H2O2 with a maximum yield rate of 1.75 mmol h‐1 cm‐2 and current efficiency of 95% at 100 mA cm‐2. Further, an accumulated H2O2 concentration of 1.43 mol L‐1 was reached after 10 hours of continuous electrolysis, showing the potential for practical H2O2 electrosynthesis.
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