Carbon-nanosheet-driven spontaneous deposition of Au nanoparticles for efficient electrochemical utilizations toward H2O2 generation and detection

纳米片 纳米颗粒 沉积(地质) 电化学 碳纳米颗粒 化学 化学工程 碳纤维 电极 纳米技术 材料科学 物理化学 工程类 复合数 复合材料 古生物学 沉积物 生物
作者
Yiwen Zhang,Qian Chen,An Guo,Sheng Wang,Yi Wang,Long Yan,Guangyin Fan
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:445: 136586-136586 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.136586
摘要

• Auto-redox process-engaged strategy (APES) is developed to anchor Au NPs on PC. • The driving force is the positive △ E between reduction potentials of AuCl 4 − and PC . • APES enables the formation of smaller Au NPs with high dispersion on PC surface. • APES-Au/PC is a multiple electrocatalyst for efficient H 2 O 2 -related applications. Carbon supported Au nanoparticles (NPs) with multifunctional electrocatalytic performances have captured broad interest, whereas their facile, green and efficient synthesis remains a formidable challenge. We report herein the utilization of low-cost, easy-to-prepare and efficient porous carbon (PC) with nanosheet morphology to in situ anchoring of ligand-free Au NPs via an auto-redox process-engaged strategy (APES) without involving any reductant, surfactant or organic solvent. The thermodynamically spontaneous nature for APES is ascribed to the positive △ E (1.232 V) between the reduction potential of AuCl 4 − and the oxidation potential of PC. Note that the APES enables the formation of smaller Au NPs with high dispersion on the PC surface compared with the impregnation-reduction method, which can provide an abundance of catalytically active sites for reaction. The achieved APES-Au/PC exhibits a significant activity for 2e − oxygen reduction reaction toward H 2 O 2 production with a concentration of 6.44 mM and H 2 O 2 selectivity of 95% in 0.1 M KOH. The in situ formed H 2 O 2 on APES-Au/PC electrode can be directly applied for Rhodamine B removal with a 98.7% degradation efficiency and high reusability. In addition, the APES-Au/PC electrode can be utilized to detect trace amount of H 2 O 2 in 0.1 M PBS with a high sensitivity of 119.7 µA mM −1 cm −2 , low detection limit of 1.044 µM, and wide detection range of 0.001–20 mM. This study offers a carbon nanosheet-derived APES to efficiently fabricate supported Au NPs toward versatile applications, which matches well with the principles of green and sustainable chemistry.
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