Pseudo‐Jahn–Teller Effect Breaks the pH Dependence in Two‐Electron Oxygen Electroreduction

雅恩-泰勒效应 催化作用 材料科学 氧气 解吸 电化学 过氧化氢 电解质 拉曼光谱 产量(工程) 无机化学 电极 物理化学 离子 化学 吸附 物理 有机化学 光学 冶金
作者
Baokai Xia,Jiale Du,Ming Li,Jingjing Duan,Sheng Chen
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202401641
摘要

Abstract The hydrogenation of small molecules (like O 2 and CO 2 ) often exhibits strong activity dependence on pHs because of discrepant proton donor environments. However, some catalysts can show seldom dependence on two‐electron oxygen electroreduction, a sustainable route of O 2 hydrogenation to hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). In this work, a pH‐resistant oxygen electroreduction system arising from the pseudo‐Jahn–Teller effect is demonstrated. Thorough operando Raman spectra, local environment analyses and density function theory simulations, the lattice distortion of TiO x F y that introduces the pseudo‐Jahn–Teller effect contributing to regulating local pHs at electrode–electrolyte interfaces and the absorption/desorption of key *OOH intermediate is revealed. Consequently, as comparison to 78.6% activity attenuation for common catalyst, the TiO x F y displays minor activity decay (3.2%) in the pH range of 1–13 with remarkable Faradaic efficiencies (93.4–96.4%) and H 2 O 2 yield rates (595–614 mg cm −2 h −1 ) in the current densities of 100–1000 mA cm −2 . Further techno‐economics analyses display the H 2 O 2 production cost dependent on pHs, giving the lowest H 2 O 2 price of $0.37 kg −1 . The present finding is expected to provide an additional dimension to pseudo‐Jahn–Teller effect that leverages systems beyond traditional conception.
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