Encapsulation of Highly Dispersed Au NPs by Strong Metal–Support Interactions in Porous Titania Nanoplates for Efficient Electrosynthesis of H2O2

材料科学 电合成 法拉第效率 催化作用 多孔性 化学工程 选择性 金属 纳米技术 基质(水族馆) 电化学 冶金 物理化学 复合材料 电极 有机化学 化学 工程类 地质学 海洋学
作者
Yilei He,Yanze Wei,Zumin Wang,Tian Xia,Fu Rao,Zhifan Song,Ranbo Yu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (23) 被引量:9
标识
DOI:10.1002/adfm.202314654
摘要

Abstract Tuning the electrocatalytic selectivity and long‐term stability for industrially significant, yet reactively unfavorable products, remains a challenge in oxygen reduction. Herein, the Au/TiO 2 catalysts with strong metal–support interactions (SMSI) are designed and synthesized through an in situ auto‐reduction of Au‐modified Ti‐MOF. Highly dispersed ultra‐low loading of Au NPs strongly capsulated in porous TiO 2 substrate, together with conductive carbon derivated from MOFs, enables Au/TiO 2 electrocatalysts to achieve excellent H 2 O 2 electrosynthesis through the two‐electron oxygen reduction reaction (2e ORR). Au(1.0)/TiO 2 (0.52 wt% Au loading) exhibited a high selectivity of 90%, a remarkable Faradaic efficiency of 98%, and 72.2 mg L −1 h −1 H 2 O 2 production. Highly dispersed Au NPs promote active site exposure, while the conductive carbon and the porous superstructure enhance mass diffusion. Notably, the SMSI between Au NPs and TiO 2 substrate leads to superb stability (over 168 h) of the electrocatalysts, as it ensures continuous electronic interactions. Experimental characterizations and density functional theory (DFT) simulations further revealed that the SMSI effect medicates the activation of the *OOH intermediate formation and the d‐band center, which are conductive to 2e ORR. Moreover, this strategy provides a potential way toward high‐performance electrocatalysts in flow system devices for continuously purifying sewage and chemical bleaching in extreme environments.
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