Sulfur-modulated isolated NiNx sites toward electrocatalytic hydrogen peroxide generation

选择性 硫黄 化学 过氧化氢 吸附 密度泛函理论 光化学 金属 无机化学 蒽醌 活动站点 组合化学 催化作用 有机化学 计算化学
作者
Xiaogang Liu,Wenjie Xu,Luan Q. Le,Shuangming Chen,Song Li,Tej S. Choksi,Xin Wang
出处
期刊:Chem catalysis [Elsevier]
卷期号:3 (9): 100724-100724 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.checat.2023.100724
摘要

Achieving hydrogen peroxide (H2O2) production through the electrocatalytic two-electron (2e−) oxygen reduction reaction (ORR) is a crucial alternative to the energy-intensive anthraquinone process. The competitive four-electron (4e−) ORR pathway, however, limits the selectivity to H2O2. Here, we report the rational design of isolated NiN3S moieties by introducing one sulfur atom into NiNx sites embedded in carbon supports. The sulfur-modified active sites yield a selectivity of nearly 90% for H2O2 generation. Density functional theory calculations indicate that incorporation of sulfur in Ni’s coordination environment, together with oxidation of the active-site motif, weakens the adsorption energy of OOH∗. This weakening of adsorption strengths for a key reaction intermediate in the 2e− pathway increases selectivity toward H2O2. This work provides a promising approach to direct the selectivity of oxygen reduction by modulating the local structure of isolated metal sites.
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