Coordination engineering regulating metal single-atom anchored on n-doped carbon as a bifunctional catalyst for H2O2 production via dual channels

双功能 催化作用 化学 过氧化氢 电化学 双功能催化剂 碳纤维 金属 纳米技术 组合化学 无机化学 化学工程 材料科学 电极 物理化学 有机化学 复合材料 工程类 复合数
作者
Chongchong Liu,Haili Tong,Peifang Wang,Peilin Huang,Zhimin Yang,Rong Huang,Gang Zhou
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:476: 146573-146573 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.146573
摘要

Electrochemical synthesis of hydrogen peroxide (H2O2) via two-electron oxygen reduction reaction (2e- ORR) or two-electron water oxidation reaction (2e- WOR), parades great prospects in substituting traditional anthraquinone process. However, the low efficiency and selectivity hinders its practical utilization. Exploration of a bifunctional catalyst capable of simultaneously driving the 2e- WOR and 2e- ORR is crucial for thoroughly improving H2O2 conversion efficiency. Herein, by means of first principles calculation, the 2e- ORR and 2e- WOR activities of metal-nitrogen doped carbon (M−NC, M = Mn, Fe, Co, Ni, Ru, In, and Pt) are investigated. Combining the pyrrole nitrogen coordination regulation, the best sample (RuN(Po)4) is screened from forty single atom configurations, which exhibits ultra-low overpotentials (0.02 V/0.04 V) and excellent inhibition on 4e- ORR/WOR side reactions. In-depth study further verifies its low reaction energy barrier and high thermodynamic stability for H2O2 synthesis in two pathways. Our work is expected to provide useful understanding for designing highly-efficient bifunctional catalysts for H2O2 production.
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