CoIn dual-atom catalyst for hydrogen peroxide production via oxygen reduction reaction in acid

催化作用 过氧化氢 氧气 化学 Atom(片上系统) 吸附 催化循环 材料科学 光化学 组合化学 物理化学 有机化学 计算机科学 嵌入式系统
作者
Jiannan Du,Guokang Han,Wei Zhang,Lingfeng Li,Yuqi Yan,Yaoxuan Shi,Xue Zhang,Lin Geng,Zhijiang Wang,Yueping Xiong,Geping Yin,Chunyu Du
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:14 (1) 被引量:128
标识
DOI:10.1038/s41467-023-40467-8
摘要

The two-electron oxygen reduction reaction in acid is highly attractive to produce H2O2, a commodity chemical vital in various industry and household scenarios, which is still hindered by the sluggish reaction kinetics. Herein, both density function theory calculation and in-situ characterization demonstrate that in dual-atom CoIn catalyst, O-affinitive In atom triggers the favorable and stable adsorption of hydroxyl, which effectively optimizes the adsorption of OOH on neighboring Co. As a result, the oxygen reduction on Co atoms shifts to two-electron pathway for efficient H2O2 production in acid. The H2O2 partial current density reaches 1.92 mA cm-2 at 0.65 V in the rotating ring-disk electrode test, while the H2O2 production rate is as high as 9.68 mol g-1 h-1 in the three-phase flow cell. Additionally, the CoIn-N-C presents excellent stability during the long-term operation, verifying the practicability of the CoIn-N-C catalyst. This work provides inspiring insights into the rational design of active catalysts for H2O2 production and other catalytic systems.
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