Ni3V2O8 Nanospheres for Sustained and Efficient Enhancement of Electrocatalytic H2O2 Production in pH-Universal Solutions

选择性 电合成 催化作用 过氧化氢 产量(工程) 钒酸盐 制氢 吸附 材料科学 化学 无机化学 物理化学 电化学 电极 有机化学 冶金
作者
Zhikang Bao,Wenjuan Fang,Jiayuan Li,Yizhen Shao,Yuanan Li,Shijie Zhang,Xiaoge Peng,Chenghang Jiang,Xing Zhong,Jianguo Wang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (16): 12140-12151 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c02945
摘要

Electrosynthesis of hydrogen peroxide (H2O2) is an energy-efficient and environmentally friendly approach with the potential for on-site generation and application but is severely constrained by the lack of efficient and stable catalysts to activate the two-electron oxygen reduction reaction with high selectivity and generate H2O2 in high yield. Herein, we report a nickel vanadate catalyst (Ni3V2O8-NS) featuring high selectivity, activity, and stability. The Ni3V2O8-NS catalyst exhibited high H2O2 selectivity across pH-universal electrolytes (acidic 92.28%, neutral 92.76%, and basic 92.36%), giving a record high yield of 44,010 mmol h–1 gcatalyst–1 (neutral) and 38,043 mmol h–1 gcatalyst–1 (weakly acidic) in a customized flow cell and displayed good stability during a 10-cycles test (each cycle lasting 10 h) and at high concentration (10 wt %). Based on in situ spectroscopic and density functional theory calculations, the effect of Ni–V on the selectivity of H2O2 is revealed, the introduction of V changing the coordination environment of surface Ni and providing a more suitable adsorption energy of the intermediate *OOH, resulting in its high catalytic activity. Furthermore, the concept of on-site application and production of H2O2 was demonstrated through in situ oxidative degradation of dyes and antibiotics. This work has designed a metal catalyst with promising electrocatalytic performance, shedding light on the potential practicality of on-site generation and application of H2O2.
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